Ku波段低剖面喇叭阵列天线的分析与设计

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喇叭天线,特别是压低剖面喇叭天线,是卫星通信地面终端中应用非常广泛的一种天线。与其它天线形式相比,喇叭天线具有低损耗、宽带宽、易组阵等特点。在卫星通信产品的研制过程中,如何实现一种高效率、高隔离度、小型化且易于和设备共形的地面站天线是关键的技术问题。本文围绕该问题,基于Ku波段卫星通信地面站产品的需求,对压低剖面喇叭阵列天线及其馈电网络展开研究,并取得如下成果:(1)针对阵元形式和馈电网络形式选择的问题,提出通过分析与验证的方法来进行阵元形式和馈电网络形式进行选择。首先,分析验证三种微波频段高极化纯度单元的带宽、辐射效率等性能指标;其次,论证了不同形式馈电网络在带宽方面的差异;第三,设计并实现了基于悬置微带线的并联馈电网络。仿真结果表明,基于悬置微带线的馈电网络具有良好的传输特性,适用于压低剖面喇叭天线阵。(2)针对喇叭天线很难小型化的问题,设计了三种不同高度的Ku波段喇叭天线单元。设计的第一种单元是基于正交模耦合器设计的波导馈电喇叭天线,具有宽频带、高隔离度等特点;设计的第二种单元是基于探针馈电设计的低剖面喇叭天线,具有高隔离度、低剖面等特点;设计的第三种单元是基于探针馈电和阶梯型口径变化的低剖面喇叭天线,具有低剖面、高效率等特点。综合考虑小型化与辐射性能,选择高度为20毫米的第三种单元为阵元喇叭形式。(3)针对阵列天线难以实现高增益、低重量的问题,设计并制作工程塑料材质的256单元的阵列天线。设计出的天线高度为20毫米,重量小于1.5千克,且阵列实测表明增益值超过31d Bi,口径效率在57%以上。另外,设计基于切比雪夫分布的64单元阵列,达到了预期设计的目标。最后,对全文工作进行总结,并对不足之处提出后续工作展望。
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