Ka波段光学变焦反射面天线的研究与设计

发布时间：2020-06-16 02:21

【摘要】：对于高纬度地区国家,将卫星置于椭圆轨道比地球同步轨道(GEO)更具优势。而在椭圆轨道上,星载天线对地面的覆盖范围及覆盖区内信号电平随着卫星的轨道运动会发生改变。为了保证卫星在轨道不同位置的传输信息质量和对服务区良好地覆盖,星载天线方向图波束的宽窄必须随着卫星运动相应改变——即“变焦”。因此,“变焦技术”具有很强的工程需求和很广的应用前景。针对需求,本文对Ka波段光学变焦反射面天线进行了研究与设计。首先,本文介绍了变焦天线的国内外研究现状,对各种变焦天线按形式进行分类。将涉及到的关键技术进行了简要分析,并结合文献比较了不同技术之间的优缺点。调研发现,利用光学变焦原理设计反射面天线的研究很少。公开发表的文献中,只有Howard Luh提出了双反变焦天线设计,但是并没有做详细分析。因此,我们将光学变焦的思想引入设计中,开展反射面变焦天线的研究。其次,文章概述了反射面天线的基本理论和光学变焦的基本原理,具体介绍了球面和抛物面天线的几何特性与反射面天线的分析方法,还介绍了球面近轴区的成像特性和双镜变焦系统基本原理,为后期的设计提供了理论依据。接下来,我们在总结和吸收中外文献中相关研究成果的基础上,进一步研究和设计了共轴、离轴双反射面光学变焦天线。文章总结了两种形式天线设计方法流程,详细分析了各参数的选取依据。我们还利用反射面分析软件GRASP建立仿真模型,对两种天线的电特性进行了对比和分析。最后,基于光学变焦系统原理,我们创新地提出并设计了共轴、离轴三反射面光学变焦天线。弥补了双反天线在变焦过程中需要移动馈源或主反射面的缺陷。文章详细地介绍了这两种天线设计的思路与具体步骤,同样分析了各个参数的选取依据,并利用GRASP对天线性能进行仿真分析,对比研究了双反射面和三反射天线的优缺点。此外,我们运用MATLAB GUI设计了用户界面,用于计算变焦参数和动态演示变焦轨迹。
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第五研究院西安分院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN823.27
【图文】：

辐射方向图,椭圆轨道,微波频段,军事

第 1 章绪论究背景和意义星在椭圆轨道上运行时，星载天线对地面的覆盖范围及覆盖卫星的轨道运动会发生改变：对于等输入功率的固定波束星载面越远，对地覆盖面积越大，而到达地面信号电平越低。为了，应使得地面覆盖区内接收到的信号电平不随卫星的位置改们希望星载天线辐射方向图的波束宽窄随着卫星运动相应改变圆轨道上不同位置对同一服务区良好地覆盖[1]。此外，在卫星可能因为某种需要或突发事件，需要改变天线服务区内的等效RP）。能够实现天线远场方向图波束宽窄变化的技术称为“变的应用前景，是当前卫星通讯发展的趋势和要求。

方向图,子阵,贴片,单元

采用圆形辐射口径，圆口径内用 37 个小圆形子阵列，此时有最优的天线性能。能在卫星距地最大高度位overage，EOC）增益达到 20.7dBi。子阵列的辐射单可以不用复杂的波束形成网络形成圆极化波，且带宽用一个八臂螺旋天线实现，这样可以降低波束形成网馈电相位进行配置，可以实现天线远场方向图的波束变焦功能。研究中心的 J.M.Griffin 等人对上述天线进行了更深用 7 个圆形点波束覆盖欧洲区域的 L 波段可变焦相控[4]。该阵列天线有 19 个完全相同的子阵列，每个子552MHz）7 个贴片组成，总共有 133 个贴片单元，见单元可以把辐射单元和功分网络集成在一个薄的层 7 个辐射单元被均匀馈电，通过改变对 19 个子阵列实现 7 点波束覆盖欧洲，而且实现了随着卫星运行在方向图波束宽度相应改变，使服务区内信号良好地覆

【参考文献】