动中通CTS阵列天线的研究

发布时间：2020-05-11 15:03

【摘要】：为适应高通量卫星通信的发展,满足卫星与运动中物体实时通信的需求,Ka频段动中通地面站天线需具有高增益、高效率、低剖面、低成本和波束扫描的特点。CTS阵列天线(Continuous Transverse Stub Antenna Array)是具有上述优点的新型天线,本文对CTS阵列天线进行了深入研究。本文设计了一款Ka频段混合结构的CTS阵列天线,其中CTS天线辐射器和馈电网络采用铝合金制作,CTS阵列天线馈源结构采用印制电路板工艺制作。本文的主要工作可概括为:首先,设计了基于阶梯阻抗匹配结构的CTS天线单元,分析了CTS单元结构参数对天线电压驻波比、辐射方向图的影响,仿真结果表明该天线单元具有宽频带和高增益的特点。其次,分析了CTS天线的组阵方法,设计了基于平行板波导的并联馈电网络,将CTS单元和并联馈电网络结合形成输入端口为宽边波导的并联CTS阵列天线,仿真结果表明CTS阵列具有宽频带、高增益和低副瓣的特点。然后,对CTS阵列天线的馈源结构进行研究。CTS阵列天线的馈源包含H面喇叭天线阵列和盒式波束形成器两部分。前者是基于基片集成波导技术的矩形片加载H面喇叭天线,具有良好的阻抗匹配和方向图特性,能够满足CTS天线阵列对波束切换的要求。后者能够将H面喇叭天线辐射的柱面波转换成具有良好相位特征的平面波,从而满足CTS阵列辐射器的平面波馈电要求。本文还讨论了盒式波束形成器结构参数对平面波质量和CTS阵列天线方向图的影响,分析了不同加载形式的H面喇叭天线对CTS阵列天线辐射特性的影响。最后,对CTS阵列天线进行了整体设计和仿真,并进行了加工和测试。仿真和测试结果吻合良好,结果表明在26.5-31.5GHz的频带范围内电压驻波比小于2;在中心频率29GHz时,天线增益达到28dBi,H面副瓣电平为-32.64dB,辐射效率达到80%;设计频段内,法向增益变化2dB;当波束指向?30?时,增益损耗2dB。本文所设计的CTS天线阵列在设计频段26.5-31.5GHz,方向图特性保持稳定,实现了宽频带、高增益、高效率、低副瓣、低剖面和波束切换的特点,满足动中通通信需求。
【图文】：

模型图,天线单元,模型图,宽度变化

(b)3 CTS 天线单元模型图3385mm00mm10mm20mm-3 -2 -1 0 1 2 314.014.515.015.5增益(dBi)角度（°）a=3.80mma=3.85mma=4.00mma=4.20mm元宽度变化对 CTS 天线的影响195mm185mm175mm

方向图,喇叭天线,馈电结构

图 4.9 H 面喇叭天线馈电结构图 H 面喇叭天线馈电，最终归结于对标准基片，则需要微带线转基片集成波导转换结构，微带量，造成方向图畸变；同时 50 欧姆微带线宽度，本文设计了图 4.9 所示的同轴馈电结构。考头，同轴线内导体的直径为 0.3mm，探针长度和基片集成波导的上金属层蚀刻直径 0.7mm 圆环MP 同轴内芯隔离，，并且可通过调整隔离圆环的输特性或者改善 H 面矩形喇叭天线的匹配特性的 H 面喇叭天线设计
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】