适合临近空间通信的Ka/V双频口径耦合天线设计
发布时间：2021-11-29 08:22
为了减缓飞行器在临近空间高速飞行时产生的等离子体鞘套"黑障"对其通信影响,根据ITU分配的临近空间3区业务频段,设计了一种在Ka/V双频段工作的口径耦合微带天线。该天线在中间缝隙开一圆孔,通过改变圆孔大小实现双频工作,并组成1×4的天线阵列,实现了在Ka和V两个频段的通信。设计结果表明:在Ka频段的-10 d B带宽达到11.33%,V频段带宽达到2.52%,满足其在临近空间3区业务的通信频段。该天线易于实现,结构简单,可为临近空间通信飞行器天线设计提供参考。
【文章来源】：宇航学报. 2015,36(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
天线单元模型示意图
图2天线单元的S11曲线图Fig．2TheS11resultofantennaunit小决定耦合到贴片单元能量的比例。减小口径参数a的大小，耦合比例减少，谐振的输入阻抗减校当然如果口径太小，能量没有耦合到贴片单元，谐振阻抗也很校所以调整口径参数a可以得到输入阻抗理想的谐振频率。由上面的理论分析，选取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四个点加上之前的a=0．36mm五个点进行分析。得到不同a的值对应的S11曲线如图3所示。图3不同a的值对应的S11曲线Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11从参数分析结果中可以看出，小于－10dB的Ka频段带宽基本在27GHz～32GHz之间，小于－10dB的V频段带宽在47GHz～49GHz之间，基本上包含了在临近空间3区的业务频段。谐振频率分布不同位置，但总体上随着a减小，谐振频点向左移动，设计要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中间，对a这个区间值优化，得到S11结果如图4所示。由图4可知，设计的双频口径耦合微带天线有30GHz和47．5GHz两个谐振频点。经计算Ka频图4S11优化分析结果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB带宽为27．5GHz～30．9GHz，带宽达到了11．33%，V频段小于－10dB带宽为47．1GHz～48．3GHz，带宽达到了2．52%，满足其在临近空间3区业务的通信频段需求。其中谐振频点在30GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(a)所示，谐振频点在47．5GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(b)所示。图5单元天线谐振频点辐射方向图Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由图5分析知，在30GHz频点处，天线的方向性明显，主瓣比较突出，E面和H面均在θ=0°时达到最大增益;在47．5GHz谐振频点处的E面具有辐射全向性，H面辐射全向较好，但
图2天线单元的S11曲线图Fig．2TheS11resultofantennaunit小决定耦合到贴片单元能量的比例。减小口径参数a的大小，耦合比例减少，谐振的输入阻抗减校当然如果口径太小，能量没有耦合到贴片单元，谐振阻抗也很校所以调整口径参数a可以得到输入阻抗理想的谐振频率。由上面的理论分析，选取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四个点加上之前的a=0．36mm五个点进行分析。得到不同a的值对应的S11曲线如图3所示。图3不同a的值对应的S11曲线Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11从参数分析结果中可以看出，小于－10dB的Ka频段带宽基本在27GHz～32GHz之间，小于－10dB的V频段带宽在47GHz～49GHz之间，基本上包含了在临近空间3区的业务频段。谐振频率分布不同位置，但总体上随着a减小，谐振频点向左移动，设计要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中间，对a这个区间值优化，得到S11结果如图4所示。由图4可知，设计的双频口径耦合微带天线有30GHz和47．5GHz两个谐振频点。经计算Ka频图4S11优化分析结果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB带宽为27．5GHz～30．9GHz，带宽达到了11．33%，V频段小于－10dB带宽为47．1GHz～48．3GHz，带宽达到了2．52%，满足其在临近空间3区业务的通信频段需求。其中谐振频点在30GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(a)所示，谐振频点在47．5GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(b)所示。图5单元天线谐振频点辐射方向图Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由图5分析知，在30GHz频点处，天线的方向性明显，主瓣比较突出，E面和H面均在θ=0°时达到最大增益;在47．5GHz谐振频点处的E面具有辐射全向性，H面辐射全向较好，但
【参考文献】：
期刊论文
[1]临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析[J]. 蒋金,陈长兴,任晓岳,周天翔,陈婷,周弘毅. 空军工程大学学报(自然科学版). 2015(05)
[2]临近空间高超声速飞行器RCS特性研究[J]. 于哲峰,刘佳琪,刘连元,任爱民,梁世昌,陈旭明,邬润辉,黄洁. 宇航学报. 2014(06)
[3]时变等离子鞘套相位抖动对GPS导航的影响[J]. 高平,李小平,杨敏,石磊,刘彦明. 宇航学报. 2013(10)
[4]电磁信号在时变等离子体中传播的调制效应[J]. 杨敏,李小平,谢楷,刘彦明,石磊. 宇航学报. 2013(06)
[5]L波段宽带缝隙耦合天线设计[J]. 杨颖怡,赵旭,王伟光,孙永志,王一笑,张敏. 微波学报. 2012(S3)
[6]临近空间高速飞行器综合信道模型研究[J]. 石磊,郭宝龙,刘彦明,赵蕾. 宇航学报. 2011(07)
[7]毫米波微带双频平面天线阵研究[J]. 傅佳辉,吴群,张放,刘敏. 系统工程与电子技术. 2011(04)
[8]缝隙耦合馈电宽带圆极化天线设计[J]. 钱祖平,刘亭亭,赵菲. 电波科学学报. 2010(04)
[9]临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择[J]. 柴霖. 航空学报. 2008(04)
硕士论文
[1]临近空间测控通信系统调制技术研究及仿真验证[D]. 任雨苗.西安电子科技大学 2011
本文编号：3526171
【文章来源】：宇航学报. 2015,36(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
天线单元模型示意图
图2天线单元的S11曲线图Fig．2TheS11resultofantennaunit小决定耦合到贴片单元能量的比例。减小口径参数a的大小，耦合比例减少，谐振的输入阻抗减校当然如果口径太小，能量没有耦合到贴片单元，谐振阻抗也很校所以调整口径参数a可以得到输入阻抗理想的谐振频率。由上面的理论分析，选取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四个点加上之前的a=0．36mm五个点进行分析。得到不同a的值对应的S11曲线如图3所示。图3不同a的值对应的S11曲线Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11从参数分析结果中可以看出，小于－10dB的Ka频段带宽基本在27GHz～32GHz之间，小于－10dB的V频段带宽在47GHz～49GHz之间，基本上包含了在临近空间3区的业务频段。谐振频率分布不同位置，但总体上随着a减小，谐振频点向左移动，设计要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中间，对a这个区间值优化，得到S11结果如图4所示。由图4可知，设计的双频口径耦合微带天线有30GHz和47．5GHz两个谐振频点。经计算Ka频图4S11优化分析结果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB带宽为27．5GHz～30．9GHz，带宽达到了11．33%，V频段小于－10dB带宽为47．1GHz～48．3GHz，带宽达到了2．52%，满足其在临近空间3区业务的通信频段需求。其中谐振频点在30GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(a)所示，谐振频点在47．5GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(b)所示。图5单元天线谐振频点辐射方向图Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由图5分析知，在30GHz频点处，天线的方向性明显，主瓣比较突出，E面和H面均在θ=0°时达到最大增益;在47．5GHz谐振频点处的E面具有辐射全向性，H面辐射全向较好，但
图2天线单元的S11曲线图Fig．2TheS11resultofantennaunit小决定耦合到贴片单元能量的比例。减小口径参数a的大小，耦合比例减少，谐振的输入阻抗减校当然如果口径太小，能量没有耦合到贴片单元，谐振阻抗也很校所以调整口径参数a可以得到输入阻抗理想的谐振频率。由上面的理论分析，选取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四个点加上之前的a=0．36mm五个点进行分析。得到不同a的值对应的S11曲线如图3所示。图3不同a的值对应的S11曲线Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11从参数分析结果中可以看出，小于－10dB的Ka频段带宽基本在27GHz～32GHz之间，小于－10dB的V频段带宽在47GHz～49GHz之间，基本上包含了在临近空间3区的业务频段。谐振频率分布不同位置，但总体上随着a减小，谐振频点向左移动，设计要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中间，对a这个区间值优化，得到S11结果如图4所示。由图4可知，设计的双频口径耦合微带天线有30GHz和47．5GHz两个谐振频点。经计算Ka频图4S11优化分析结果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB带宽为27．5GHz～30．9GHz，带宽达到了11．33%，V频段小于－10dB带宽为47．1GHz～48．3GHz，带宽达到了2．52%，满足其在临近空间3区业务的通信频段需求。其中谐振频点在30GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(a)所示，谐振频点在47．5GHz时的E和H面的增益辐射方向图如图5(b)所示。图5单元天线谐振频点辐射方向图Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由图5分析知，在30GHz频点处，天线的方向性明显，主瓣比较突出，E面和H面均在θ=0°时达到最大增益;在47．5GHz谐振频点处的E面具有辐射全向性，H面辐射全向较好，但
【参考文献】：
期刊论文
[1]临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析[J]. 蒋金,陈长兴,任晓岳,周天翔,陈婷,周弘毅. 空军工程大学学报(自然科学版). 2015(05)
[2]临近空间高超声速飞行器RCS特性研究[J]. 于哲峰,刘佳琪,刘连元,任爱民,梁世昌,陈旭明,邬润辉,黄洁. 宇航学报. 2014(06)
[3]时变等离子鞘套相位抖动对GPS导航的影响[J]. 高平,李小平,杨敏,石磊,刘彦明. 宇航学报. 2013(10)
[4]电磁信号在时变等离子体中传播的调制效应[J]. 杨敏,李小平,谢楷,刘彦明,石磊. 宇航学报. 2013(06)
[5]L波段宽带缝隙耦合天线设计[J]. 杨颖怡,赵旭,王伟光,孙永志,王一笑,张敏. 微波学报. 2012(S3)
[6]临近空间高速飞行器综合信道模型研究[J]. 石磊,郭宝龙,刘彦明,赵蕾. 宇航学报. 2011(07)
[7]毫米波微带双频平面天线阵研究[J]. 傅佳辉,吴群,张放,刘敏. 系统工程与电子技术. 2011(04)
[8]缝隙耦合馈电宽带圆极化天线设计[J]. 钱祖平,刘亭亭,赵菲. 电波科学学报. 2010(04)
[9]临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择[J]. 柴霖. 航空学报. 2008(04)
硕士论文
[1]临近空间测控通信系统调制技术研究及仿真验证[D]. 任雨苗.西安电子科技大学 2011
本文编号：3526171
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