用于Ku频段低速卫星通信的阵列天线设计
2017年第4期信息通信2017
(总第172 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 172)
用于K u频段低速卫星通信的阵列天线设计
徐永杰,高时汉
(广州海格通信集团股份有限公司，广东广州M0663)
摘要:根据装载平台的迫切需求，研制了一种工作在K u频段的、高效率、低剖面、适应于低速卫星通信的阵列天线，该阵 列天线采用角雉喇》八、正交模搞合器和波导功分器组阵的方式，并集成了 BUC和LNB。由该天线阵列构成的动中通系 统不仅满足小型平台机动应用的通信需求,也可对我国现有的中高速卫星通信网形成必要的补充。
关键词:K u频段;低剖面；阵列天线;动中通
中图分类号:TN965 文献标识码:A文章编号：1673-1131(2017)04-0173-04
Des^n of a Array Antenna at Ku-band for satellite commumcations With Low data rate communicatioiis
Xu Yongjie, Gao Shihan
(GuangZhou Haige Communications Group Incorporated Company,GuangZhou510663) Abstrate ：In this paper,a high efficiency,low profile antenna array at Ku-band for satellite communications With Low data rate communications is described,which is based on horn antennas,the Orthomode Transducer and waveguide power divider struc-ture and integrated with LNB and BUC.The Satcom on the Move composed of t he array antenna not only meet the needs of small mobile communications platform,moreover,it is necessary of supplement the existing high date rate satellite communications.
Key words ：Ku band;low profile；array antenna；Satcom on the Move
〇引言
随着卫星通信的发展，在小型水面舰艇、运输车队以及机 械化部队的装甲车等具有通信需求的装载平台配置用户地球 站时，面临小塑装载平台的限制，急需更小型天线系统的用户 站装备；同时，在原有固定使用模式的基础上，机动武器平台 对用户站进一步具有动中通的通信需求。在此类需求的基础 上，需要对原有型谱中用户站及天线进行更小型化设计，支持 动中通应用的卫星终端站型。
基于以上需求，本文设计了一款K u频段小型化天线阵, 利用该天线阵组成的动中通天线配合卫星终端安装在水面舰 艇上，通过K u频段透明转发器和中心站通信，可实现在卫星 波束覆盖下的低速话音、基于IP协议数据交互、短信交互等功 能;也可以安装在运输车队和机械化部队的装甲车上，不仅满 足小型平台机动应用的通信需求，也可以对我国现有的中高 速卫星通信网形成必要的补充。
1天线组成
天线是用户站等站型设备的重要组成部分。本文设计的 天线阵列集成了平板阵列天线、上变频器(BUC)和下变频器 (LNB)等部分，用于构建无线传输通道。如图1虚线框中所示。
图1用户站设备组成图
2喇叭阵列天线设计
喇机平板阵列天线由于体积小、效率高、低剖面和重量轻，在无线通信系统中得到了广泛的应用。Starling、ERA、Raysat、Trao Star等公司设计的平板阵列天线促进了国内平板天线的发展，但 这些平板天线结构与用户站设备给出的结构形式不匹配。根据 结构要求，本文设计了方形喇叭阵列天线，采用波导喇叭作为天 线的基本辐射单元，利用变形T型结，实现馈电网络的设计，组 成了 3元天线子阵，利用子阵技术，设计出3X20元阵列天线。
天线阵列指标为：
工作频率:RX12.25GHz?12_75 GHz
TX 14.0GHz?14.5 GHz
天线口径:等效0.3米；
天线增益:大于30.5dBi;
天线高度:小于60mm;
双端口驻波比:<1.5;
双端口隔离度:>55dB;
极化形式:线极化；
天线带宽:收发双频带带宽均为0.5GHz。
2.1辐射单元设计
喇叭单元是波导阵列天线常用的基本天线单元。喇叭天 线单元剖面如图2所示。
根据图2可得出下列几何关系式[1]:
0 L…
cos-= -(1)
2 L+a
I= —(￡T 173 9.0米电动卫星通信天线 WTX9.0-6/4（14/12）型 技术说明书贵州振华天通设备有限公司（4191厂） 1、概述 WTX9-6/4和WTX9-14/12型卫星通信天线是一种具有四口线极化频谱复用馈源系统的9米改进型卡赛格伦天线系统。当天线朝天时，天线的轮廓尺寸为φ9m×10.3m。整个天线具有效率高、旁瓣低、使用维护方便、抗风能力强、造形美观，刚性好，精度高的特点。广泛用于C频段和Ku频段卫星通信地球站。 天线的主反射面均为实体铝板结构，主面直径为9m，副面直径为1.08m。 立柱式座架的设计允许方位连续转动140o，俯仰从5o~90o连续转动。方位轴和俯仰轴由马达驱动，驱动速度为0.03o/秒和0.1o/秒两种。 馈源系统的极化轴也由马达驱动，驱动速度为1.5o/秒，转动范围为180o。 步进跟踪系统由室内天线控制单元、室外马达控制器、变频器和信标接收机组成。轴角显示分辨率为0.01o，跟踪精度为0.06o，步进跟踪系统能使天线随时准确地对准卫星。 本天线的外型图见图1.1。 图1.1 2、天线的主要技术参数 天线主要技术参数与性能指标 三、天线的机械说明 WTX9-6/4和WTX9-14/12型卫星通信天线是一种改进型卡塞格伦天线系统采用高精度实体反射面及立柱式座架。方位可连续转动140°，俯仰从5°到90°连续转动。方位轴和俯仰轴均可由马达驱动，驱动速度均为0.03°/秒和0.1°/秒两种，馈源套筒上装有调整机构，能使极化轴转动±90°极化轴也由马达驱动，驱动速度为1.5°/秒。 天线上装有避雷装置，限位保护装置以及扶梯，工作平台等机构，以便于天线的安全使用。 图1.2 常用卫星通信天线介绍（一） 原文：寇松江（爱科迪） ★★★★（7020207）添加点图片 天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。 图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。 射频微带阵列天线设计 摘要 微带天线是一种具有体积小、重量轻、剖面低、易于载体共形、易于与微波集成电路一起集成等诸多优点的天线形式，目前已在无线通信、遥感、雷达等诸多领域得到了广泛应用。同时研究也发现由于微带天线其自身结构特点，存在一些缺点，例如频带窄、增益低、方向性差等。通常将若干单个微带天线单元按照一定规律排列起来组成微带阵列天线，来增强天线的方向性，提高天线的增益。 本文在学习微带天线和天线阵的原理和基本理论，加以分析，利用Ansoft 公司的高频电磁场仿真软件HFSS，设计了中心频率在10GHz的4元均匀直线微带阵列，优化和调整了相关参数，然后分别对单个阵元和天线阵进行仿真，对仿真结果进行分析，对比两者在相关参数的差异。最后得到的研究结果表明，微带天线阵列相较于单个微带天线，由于阵元间存在互耦效应以及存在馈电网络的影响，微带阵列天线的回波损耗要大于单个阵元。但是天线阵列增益明显大于单个微带天线，且阵列天线比单个阵元具有更好的方向性。 关键词：微带天线微带阵列天线方向性增益 HFSS仿真 Design of Radio-Frequency Microstrip Array Antenna ABSTRACT Microstrip antenna is a kind of antenna form with many advantages like,small size, light weight, low profile, easy-to-carrier conformal, easy integration with many other of microwave integrated circuits and so on. Now microstrip array wildly applied in the filed of wireless 常用卫星通信天线简介 天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线 作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。 图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。 图2 卡塞格伦天线 3．格里高利天线 格里高利天线也是一种双反射面天线，也由主反射面、副反射面及馈源组成，如图3所示。与卡塞格伦天线不同的是，它的副反射面是一个椭球面。馈源置于椭球面的一个焦点F1上，椭球面的另一个焦点F2与主反射面的焦点重 第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞，夏颖，周喜权，陶佰睿，苗凤娟 （齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006） 摘要：微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响，利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模，该微带阵列天线的方向图特性 良好，工程上实现比较方便。 关键词：微带阵列天线；模块化设计；HFSS 仿真；物理建模；方向图 中图分类号：TN820.1 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展，微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用，主要应用场合包括：卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式，由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位，以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因此可以方便地光刻，但缺点是损耗较大，在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析，利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵，采用同轴馈电的方式，利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线，仿真设计结果表明，该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好，设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小，一般单个贴片单元的辐射增益只有6～8 dB，为了实现远距离传输和获得更大的增益，尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合，常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线，如果对增益要求较高，可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况，无论是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流源，天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去，讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构，建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点，天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点，为了简化分析，假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计，各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+，天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中，(,)f θ?为阵元的方向性函数，(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积，可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射，馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备，对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期：2010-06-06 基金项目：齐齐哈尔市科技局工业攻关项目（GYGG-09011-2） 作者简介：惠鹏飞（1980-）,男，辽宁凌源人，讲师，硕士，主要从事雷达极化信息处理的研究，weibo505@https://www.wendangku.net/doc/ba15093205.html,。 5G阵列天线设计 5G——第五代无线通信技术，作为全球性的暴热话题已经是不争的事实。如众多专家所述，该技术将带来更低时延、更快速率的数据通信，并将导致互联设备的爆发式增长。 5G网络的更大带宽需求，要求必须彻底重新设计天线阵列，从单元到阵列，到馈电网络，到全模型验证和应用场景评估，都需要做完善的精细化仿真和优化设计。 通过ANSYS HFSS的帮助，只需八个步骤，就能轻松完成5G天线阵列的设计和综合验证。更方便的是，HFSS还能帮助工程师优化各项天线性能指标，如： 增益— 最强的信号辐射方向。 波束控制— 能够将信号辐射控制在某个方向上。 回波损耗— 从天线反射回来的回波能量。 旁瓣电平— 不需要的信号辐射方向。 设计流程结束后，获得的阵列天线聚焦增益更高、回波损耗及旁瓣电平最低，而且方向可控制。 第1步：通过HFSS天线工具箱（ATK）找到天线单元模板 5G天线阵列设计的第1步是通过HFSS天线工具箱（ATK）找到合适的天线单元模板。该天线单元将定义一个最终用于复制成一系列天线（天线阵列）中的相同部分。 先从天线工具箱（ATK）的库中选择一个天线类型，然后输入工作频率及天线基板属性。 数秒后，天线工具箱（ATK）将生成天线单元的初始几何结构。然后，HFSS 还可计算天线单元的增益及回波损耗等指标特性。 第2步：将天线单元代入天线阵列 有了天线单元后，工程师就可将其代入一个周期阵列中。把单元代入一系列复制设计中，有助于提高增益。 在第一步中，天线单元是自行评估的。现在可使用无限大天线阵列的周期单元重复评估这一过程。 很容易理解，阵列内其它天线的距离会影响增益、回波损耗、旁瓣回波及波束控制等特性。当然，也可通过调整天线方位来优化这些特性。 选定最佳阵列方位后，可通过定义阵因子，将无限大阵列改为理想化的有限大阵列。 本例中仿真了一个16x16的正方形天线阵列。 第3步：使用域分解方法设计有限大天线阵列 5G 微带阵列天线 要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为： 1 21()2 r c w f ε-+= 式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质的导波波长，即为： e λ= 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为： 2L L = -? 式中，e ε是有效介电常数，L ?是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式计算，即为： 1 211 (112)22r r e h w εεε-+-= ++ (0.3)(/0.264) 0.412 (0.258)(/0.8) e e w h L h w h ε ε ++ ?= -+ 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm。采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示： 图1 单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm时，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm。仿真结果图如图2，图3所示。 图2 S11参数 图3 增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB。 2. 2×2阵列设计 Progress In Electromagnetics Research, PIER 98, 1–13, 2009 线极化微带天线阵列的设计 摘要 微带、微波起源于上世纪中期，在上世纪末就已经展开了对实用天线的研究并制成了第一批实用天线，现在微带天线方面，无论在理论还是应用，都已经取得了很大进展，并在深度和广度上都获得了进一步发展。微带天线技术越来越成熟，其应用与我们的生活、军事、科技都息息相关。体积小、重量轻、剖面薄是微带天线优于普通天线的特点，并且它适合用于印刷电路技术大批量生产，所以能够制成与导弹、卫星表面相共型的结构。因此微带天线在军事、无线通信、遥感、雷达等领域得到了广泛的应用。但是根据微带天线自身的结构特点，仍存在一些缺点，例如频带窄、效率低、增益低、方向性差。解决这些问题的方法就是：将若干个天线单元有规律的排列起来，通过利用这些天线单元构成天线阵列，从而来提高天线的增益、增强天线的方向性。 本文在学习微带天线理论及微带天线阵列基本理论的基础上，利用高频电磁仿真软件HFSS对阵列天线进行仿真设计。设计了中心频率在5.8GHz的阵列天线，对天线的特性进行了深入细致的研究。分别对单个天线阵元和天线阵列进行了仿真，天线阵列的增益明显大于单个微带天线，且方向性更好。因此采用天线阵列的形式进行仿真并对结果中各相关参数进行对比分析差异，优化调整了相关参数。仿真天线的各项指标均达到要求，进行了对实物的加工，在微波暗室内测试出天线的相关参数并与设计指标、仿真结果进行比较，最终达到了设计要求。 关键词：微带天线天线阵方向性增益 HFSS仿真 ABSTRACT Microstrip, microwave, originated in the middle of the last century, in the end of la st century has launched the research of practical antenna and made the first batch of pra ctical antenna, the microstrip antenna has made breakthrough progress now, no matter in theory or application on the depth and width of further development, this new antenna has been increasingly mature, its application to our daily life, military, science and techn ology are closely related. Compared with the common antenna microstrip antenna with small volume, light weight, the characteristics of thin section, it can be made with missil e and satellite surface phase structure, and suitable for mass production printed circuit te chnology. Therefore, microstrip antenna has been widely used in wireless communicatio n, remote sensing and radar. However, according to the structure of microstrip antenna, t here are still some shortcomings, such as narrow band, low efficiency, low gain and poo r directivity. The way to solve these problems is to arrange a number of antenna element s in a regular arrangement, and make up the antenna array to improve the gain and direc tion of the antenna. Based on the theory of microstrip antenna and basic theory of microstrip antenna ar ray, HFSS is used to analyze the array antenna. The array antenna with the center freque ncy of 5.8GHZ is designed, and the characteristics of the antenna are studied in detail. T he gain of antenna array is obviously larger than that of single microstrip antenna, and t he direction is better. Therefore, the antenna array was used for simulation and the corr elation parameters in the results were compared and analyzed, and the correlation param eters were optimized and adjusted. Simulation of the antenna of the indicators are up to par, the physical processing, and testing in microwave dark room to the related paramete rs of the antenna, and comparing with design index, the simulation results, finally reach ed the design requirements. Keywords: miccrostrip antennas antenna array directivity gain HFSS simulation 5.8GHz通信系统阵列天线设计与校正 本文针对5.8GHz点对多点通信系统,设计中心站和用户站使用的天线阵列,并设计针对智能天线和大规模相控阵天线的校正算法。针对中心站用的全向天线的高性能要求,设计了并行馈电的天线阵列。为了避免并行馈电网络影响天线的全向性,采用了三扇区天线合成全向覆盖的方案,每个扇区天线是一个贴片天线阵列。而每个天线单元又是一个寄生贴片天线阵列。通过改变寄生单元的负载,可以调整扇区天线波束宽度,使之满足扇区天线的-6dB波束宽度为120°的要求,从而使整个天线阵达到良好的全向性。针对用户站用的定向天线的性能要求,采用基于基片集成波导的平板缝隙天线阵作为解决方案。与传统的金属平板波导相比,基片集成波导具有成本低廉,集成度高等优点。但是基片集成波导的宽高比很大,因此缝隙天线阵的带宽较窄。在本论文中,分析了波导缝隙天线的带宽与其组阵方式和馈电波导宽高比的变化规律,并且提出了用扼流槽扩展带宽的方案。最后实现一个平面化的波导缝隙天线阵,该天线具有8.1%的 带宽和–25~–32dB的低旁瓣性能。在相控阵天线、智能天线以及其他有源天 线阵中,需要对每个天线单元的射频通道的不一致性进行校正。基于经典的旋转矢量法,本文提出了用于大规模相控阵天线校正的分组旋转矢量法。该方法同时旋转多个天线单元的信号源的相位,能够使被测信号的起伏显著增加。从而克服了经典方法中被测信号幅度变化不明显,难于检测的缺点。误差估计和仿真校正结果显示,该方法能够提高测量精度,改善校正效果。初步的试验表明,该方法具有可行性。 【相似文献】 [1]. 苏道一,傅德民,尚军平.一种快速测量与故障检测相控阵天线的新方法[J].雷达科学与技术, 2005,(01) [2]. 唐宝富,束咸荣.低副瓣相控阵天线结构机电综合优化设计[J].现代雷达, 2005,(03) [3]. 郭琳,朱小三,邹永庆.一种宽波束相控阵天线单元[J].雷达科学与技术, 2007,(02) [4]. 童央群,郭继昌.一种改进的红外焦平面非均匀性校正算法[J].光电工程, 2005,(05) [5]. 公毅.控制位数有限的自适应相控阵天线[J].现代雷达, 1983,(02) [6]. 劳金玉.FM和TV二频道天线通过鉴定[J].广播与电视技术, 1990,(02) [7]. 李鹏程.S波段四位数字移相器[J].遥测遥控, 1993,(04) [8]. M.S.Stiglitz,廖庆芳.1985年相控阵会议论文介绍[J].现代雷达, 1987,(01) [9]. 薛锋章,倪晋麟.L波段共形相控阵天线单元的研制[J].微波学报, 1997,(01) [10]. 朱小三,吴先良.一种宽波束微带贴片天线的实验研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2006,(05) 【关键词相关文档搜索】：电子科学与技术; 全向天线; 平板缝隙天线阵; 相控阵天线; 校正 【作者相关信息搜索】：清华大学;电子科学与技术;冯正和;刘明罡; 动中通卫星通信天线系统组成及原理分析 摘要：动中通天线系统主要用于移动载体移动条件下实时通信，满足处理突发紧急事件的需求。本文提出惯导跟踪式动中通卫星通信车载天线系统的组成，对工作原理进行了分析。惯导跟踪式的动中通天线系统不依赖于任何外部信号，利用惯性导航系统自身即可完全实现自主对星，在移动载体移动过程中也能够进行实时对星和换星，灵活性高。 关键词：动中通，惯性导航，天线，卫星通信 概述 动中通卫星通信天线系统主要用于车辆等载体在快速移动的条件下，保持对卫星实时跟踪，使车载卫星天线始终对准地球同步通信卫星，在地球同步通信卫星与卫星地面站之间构建双向链路的卫星通信，以达到实时、不间断与其他地面站进行图像、语音、数据的卫星通信双向传输。 动中通卫星通信车应用动中通卫星通信天线系统跟踪卫星，利用卫星通信的无缝覆盖，加上所具备的机动灵活和行进间通信的特点，可以使动中通卫星通信车在任何时间、任何地点开通并投入使用，满足处理紧急突发事件的需求。 动中通卫星通信天线系统是实现动中通车载站的核心，天线面通常采用偏馈或正馈面反射的抛物面天线，外形呈球状，相对于相控阵天线来说，其天线增益较高，旁瓣特性较好，可以跟踪制导系统控制天线的方位和俯仰指向。 1天线系统主要分类 一般来说，动中通卫星通信天线系统主要采用以下两种技术实现对星跟踪： （1）单脉冲跟踪式：利用多个方向上卫星通信信号强弱的和差关系，在短时间内判断出天线指向的偏差，即时调整卫星天线的指向，保持对通信卫星的跟踪。 （2）惯导跟踪式：利用惯性导航系统建立一个坐标基准，通过前馈控制伺服系统，使卫星天线稳定在坐标基准中，不受到车辆载体运动的干扰，始终对准通信卫星。 单脉冲跟踪式动中通卫星通信天线系统由于依赖卫星信号进行对星跟踪，因此存在以下问题： 在卫星信号受到遮挡时容易丢星，如途经隧道、桥梁等情况下，被楼宇、大树等遮挡的情况下，都难以保持正常通信；在没有卫星信号的时候无法进行初始对准卫星，在车辆载体行进中无法进行初始对准卫星；在车辆载体大动态情况下， 编号：毕业设计(论文)说明书 题目：圆极化微带4单元阵列天线 学院： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发 2012 年 6 月 5 日 摘要 圆极化天线具有一些显著的优点: 任意线极化的来波都可以由圆极化天线收到, 圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意极化的天线收到; 圆极化天线具有旋向正交性, 圆极化波入射到对称目标反射波变为反旋向等。正是由于这些特点使圆极化天线具有较强的抗干扰能力, 已经被广泛地应用于电子侦察和干扰,通信和雷达的极化分集工作和电子对抗等领域。 目录 第一章微带天线简介 ............................. 错误!未定义书签。 §1.1微带天线的发展............................. 错误!未定义书签。 §1.2微带天线的定义和结构....................... 错误!未定义书签。 §1.3微带天线的优缺点........................... 错误!未定义书签。 §1.4微带天线的应用 (6) 第二章微带天线的辐射原理与分析方法.............. 错误!未定义书签。 §2.1微带天线的辐射原理......................... 错误!未定义书签。 §2.2微带天线的分析方法......................... 错误!未定义书签。 §2.2.1 传输线模型法 (8) §2.2.2 空腔模型法........................... 错误!未定义书签。 §2.2.3 积分方程法........................... 错误!未定义书签。 §2.3微带天线的馈电方法......................... 错误!未定义书签。 第三章圆极化微带天线单元的设计与仿真............ 错误!未定义书签。 §3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍............... 错误!未定义书签。 §3.2微带天线圆极化技术 (14) §3.2.1 圆极化天线的原理..................... 错误!未定义书签。 §3.2.2 圆极化实现技术 (15) 第四章圆极化微带4单元阵列天线的设计与仿真...... 错误!未定义书签。 §4.1圆极化微带天线单元的设计与仿真............. 错误!未定义书签。 §4.1.1圆极化微带天线单元的设计仿真......... 错误!未定义书签。 §4.1.2天线单元轴比的优化................... 错误!未定义书签。 §4.2馈电网络的仿真与设计....................... 错误!未定义书签。 §4.2.1两路微带等功率分配器的设计与仿真..........错误!未定义书签。 §4.2.2连续旋转馈电网络............................错误!未定义书签。 §4.3圆极化阵列天线模型的设计与仿真 ............. 错误!未定义书签。 §4.3.1阵列天线的创建与仿真................错误!未定义书签。 §4.3.2阵列天线的优化设计................错误!未定义书签。 第五章结论 致谢........................................... 错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。 2017年第4期信息通信2017 (总第172 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 172) 用于K u频段低速卫星通信的阵列天线设计 徐永杰,高时汉 (广州海格通信集团股份有限公司，广东广州M0663) 摘要:根据装载平台的迫切需求，研制了一种工作在K u频段的、高效率、低剖面、适应于低速卫星通信的阵列天线，该阵 列天线采用角雉喇》八、正交模搞合器和波导功分器组阵的方式，并集成了 BUC和LNB。由该天线阵列构成的动中通系 统不仅满足小型平台机动应用的通信需求,也可对我国现有的中高速卫星通信网形成必要的补充。 关键词:K u频段;低剖面；阵列天线;动中通 中图分类号:TN965 文献标识码:A文章编号：1673-1131(2017)04-0173-04 Des^n of a Array Antenna at Ku-band for satellite commumcations With Low data rate communicatioiis Xu Yongjie, Gao Shihan (GuangZhou Haige Communications Group Incorporated Company,GuangZhou510663) Abstrate ：In this paper,a high efficiency,low profile antenna array at Ku-band for satellite communications With Low data rate communications is described,which is based on horn antennas,the Orthomode Transducer and waveguide power divider struc-ture and integrated with LNB and BUC.The Satcom on the Move composed of t he array antenna not only meet the needs of small mobile communications platform,moreover,it is necessary of supplement the existing high date rate satellite communications. Key words ：Ku band;low profile；array antenna；Satcom on the Move 〇引言 随着卫星通信的发展，在小型水面舰艇、运输车队以及机 械化部队的装甲车等具有通信需求的装载平台配置用户地球 站时，面临小塑装载平台的限制，急需更小型天线系统的用户 站装备；同时，在原有固定使用模式的基础上，机动武器平台 对用户站进一步具有动中通的通信需求。在此类需求的基础 上，需要对原有型谱中用户站及天线进行更小型化设计，支持 动中通应用的卫星终端站型。 基于以上需求，本文设计了一款K u频段小型化天线阵, 利用该天线阵组成的动中通天线配合卫星终端安装在水面舰 艇上，通过K u频段透明转发器和中心站通信，可实现在卫星 波束覆盖下的低速话音、基于IP协议数据交互、短信交互等功 能;也可以安装在运输车队和机械化部队的装甲车上，不仅满 足小型平台机动应用的通信需求，也可以对我国现有的中高 速卫星通信网形成必要的补充。 1天线组成 天线是用户站等站型设备的重要组成部分。本文设计的 天线阵列集成了平板阵列天线、上变频器(BUC)和下变频器 (LNB)等部分，用于构建无线传输通道。如图1虚线框中所示。 图1用户站设备组成图 2喇叭阵列天线设计 喇机平板阵列天线由于体积小、效率高、低剖面和重量轻，在无线通信系统中得到了广泛的应用。Starling、ERA、Raysat、Trao Star等公司设计的平板阵列天线促进了国内平板天线的发展，但 这些平板天线结构与用户站设备给出的结构形式不匹配。根据 结构要求，本文设计了方形喇叭阵列天线，采用波导喇叭作为天 线的基本辐射单元，利用变形T型结，实现馈电网络的设计，组 成了 3元天线子阵，利用子阵技术，设计出3X20元阵列天线。 天线阵列指标为： 工作频率:RX12.25GHz?12_75 GHz TX 14.0GHz?14.5 GHz 天线口径:等效0.3米； 天线增益:大于30.5dBi; 天线高度:小于60mm; 双端口驻波比:<1.5; 双端口隔离度:>55dB; 极化形式:线极化； 天线带宽:收发双频带带宽均为0.5GHz。 2.1辐射单元设计 喇叭单元是波导阵列天线常用的基本天线单元。喇叭天 线单元剖面如图2所示。 根据图2可得出下列几何关系式[1]: 0 L… cos-= -(1) 2 L+a I= —(￡T 5G微带阵列天线 要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第对于工作频率即为：步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为&r， f的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W， 式中，C 波长，即为： 是光速，辐射贴片的长度一般取为飞/2 ；这里e是介质内的导波 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L应为: L—C-2 丄 2 f ?. ；e 式中， 计算，即为: ；e是有效介电常数，厶L是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式 1 E r +1 E r —1 h -5 ；e (1 12 ) 2 2 2 w .丄"412h(；e。①⑶川 °264 ) ? —0.258)(w/h+0.8) 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm采 用非辐射边馈电方式，模型如图1所示： 图1单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm P寸，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm仿真结果图如图2,图3所示。 Freq [GHz] 图2 S11参数 图3增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz计算的相对带宽为2.2%,增益为5.78dB 2. 2 X 2阵列设计 设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。 图4 2 X2微带天线阵列 常用卫星通信天线介绍（一） 寇松江 (爱科迪信息通讯技术有限公司，北京，100070) E -mail: 天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特 点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段 天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线 作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图 1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于 馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接 收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。 图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。9米卫星天线技术资料汇总
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A WIDEBAND HALF OVAL PATCH ANTENNA FOR BREAST IMAGING J. Yu ? , M. Yuan, and Q. H. Liu Department of Electrical and Computer Engineering Duke University Durham, NC 27708, USA Abstract—A simple half oval patch antenna is proposed for the active breast cancer imaging over a wide bandwidth. The antenna consists of a half oval and a trapezium, with a total length 15.1 mm and is fed by a coaxial cable. The antenna performance is simulated and measured as immersed in a dielectric matching medium. Measurement and simulation results show that it can obtain a return loss less than ?10 dB from 2.7 to 5 GHz. The scattered ?eld detection capability is also studied by simulations of two opposite placed antennas and a full antenna array on a cubic chamber. 1. INTRODUCTION Breast cancer is the most common cancer in women, but fortunately early detection and treatment can signi?cantly improve the survival rate. Ultrasound, mammography and magnetic resonance imaging (MRI) are currently used clinically for breast cancer diagnosis [1]. However, these techniques have many limitations, such as high rate of missed detections, ionizing radiation (mamography), too expensive to be widely available, and so on. Compared with conventional mammography, microwave imaging of breast tumors is a nonionizing, potentially low-cost, comfortable and safe alternative [2]. The high contrast of the dielectric property between the malignant tumor and the normal breast tissue should manifest itself in terms of lower numbers of missed detections and false positives [3, 4]. The microwave breast tumor detection also has the potential to be both sensitive and speci?c, to detect small tumors, and to be less expensive than methods such as MRI.
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Corresponding author: M. Yuan (mengqing.yuan@https://www.wendangku.net/doc/ba15093205.html,). Also with National Key Laboratory of EMC, Wuhan, Hubei 430064, China.线极化微带天线阵列的设计
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