双频复合卫星通信天线的研究

发布时间：2017-08-06 12:17

  本文关键词：双频复合卫星通信天线的研究

  更多相关文章： 卫星通信 螺旋天线 圆极化 轴向模 双频

【摘要】：随着信息技术的不断发展,通信业务的不断拓宽,卫星移动通信作为全球通信系统中的一环有着越来越重要的地位。同时,通信设备的升级和频谱资源的稀缺使得多频复合天线成为了理论研究和工程应用的重点。螺旋天线结构简单易实现,拥有较高的增益和良好的圆极化等性能,因此被广泛地应用在通信领域中。通过径向的组阵或者轴向的嵌套等方式,可将螺旋天线用于多频高增益通信系统中。本文综述了卫星通信天线的研究现状和圆极化天线的应用前景。并对螺旋天线的基本结构、数学表达式、辐射模式等做了研究和总结。探讨了复合天线的相关理论,包括阵列天线理论、功分器理论、螺旋天线的嵌套原理等。基于轴向模螺旋天线的基本原理和复合天线相关理论,本文设计了一种宽频带、高增益、圆极化的卫星通信终端天线,工作于UHF和S两个频段。根据螺旋天线的特点,采用两种方案来实现天线的双频复用:第一种是阵列型,即S频段4元螺旋阵列天线与UHF频段短螺旋天线组合;第二种是嵌套型,即外圈UHF频段天线与内圈S频段天线组合,用电磁仿真软件Ansoft HFSS对两种方案分别进行建模和仿真。由结果分析可知,阵列型天线间的互相影响严重,天线的性能损耗比较大,并且在有限空间内理论上难以改进,工程上无法满足一般项目要求。嵌套型天线性能良好,天线间的互相影响较小,天线的损耗主要体现在S频段增益的降低,结构简单、无馈电网络插损,而且有很大的改进空间。最后对嵌套型复合天线进行改进,主要改进了受耦合影响比较大的S频段的增益。文中提出了三种改进措施:改变螺旋天线结构、顶部加载金属板、改变地板结构。对每种措施改进前后的增益进行对比,相对于原天线,S频段增益分别提升了8.4%、3.2%、6.3%。最后综合三项措施,设计了一种改进的UHF/S双频复合卫星通信天线,利用HFSS建模和仿真。从仿真结果来看,改进后的嵌套型复合卫通天线实现了宽频带、高增益、圆极化的性能,S频段增益相较于改进前提升了15.1%,效果很明显。
【关键词】：卫星通信 螺旋天线 圆极化 轴向模 双频
【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】：2015
【分类号】：TN828.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 卫星通信天线的研究15-17
• 1.2.1 圆极化天线的应用15-16
• 1.2.2 复合卫星通信天线的研究16-17
• 1.3 本文的主要内容和安排17-18
• 第二章 螺旋天线基本理论18-36
• 2.1 螺旋天线概述18-19
• 2.2 螺旋天线基本结构19-20
• 2.3 螺旋天线的数学表达式20-26
• 2.3.1 柱面螺旋天线参数方程21-22
• 2.3.2 锥面螺旋天线参数方程22-23
• 2.3.3 球面螺旋天线参数方程23-24
• 2.3.4 平面螺旋天线24-26
• 2.4 螺旋天线的辐射分析26-33
• 2.4.1 螺旋天线的辐射场分析26-30
• 2.4.2 法向模螺旋天线辐射分析30-32
• 2.4.3 轴向模螺旋天线辐射分析32-33
• 2.5 螺旋天线阻抗分析33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 复合天线相关理论36-52
• 3.1 阵列天线基本理论36-39
• 3.1.1 阵列天线的辐射分析36-38
• 3.1.2 阵列单元间距的分析38-39
• 3.2 功分器基本理论39-50
• 3.2.1 功分器原理39-40
• 3.2.2 T型结功分器40-42
• 3.2.3 Wilkinson功分器42-46
• 3.2.4 不等分功分器46-50
• 3.3 螺旋天线的嵌套原理50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 复合卫星通信天线的设计52-66
• 4.1 天线的设计要求52
• 4.2 阵列型复合天线的设计52-60
• 4.2.1 天线单元的设计52-54
• 4.2.2 天线单元的仿真结果54-55
• 4.2.3 S频段螺旋天线的组阵设计及仿真结果55-58
• 4.2.4 阵列型复合天线的设计及仿真结果58-60
• 4.3 嵌套型复合天线的设计60-65
• 4.3.1 天线单元的设计60-63
• 4.3.2 嵌套型复合天线仿真结果63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 改进的嵌套型复合卫星通信天线66-72
• 5.1 三种改进措施66-69
• 5.1.1 螺旋天线形状的改进66-67
• 5.1.2 顶加载金属板67-68
• 5.1.3 地板形状的改进68-69
• 5.2 改进的嵌套型复合天线69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-78
• 作者简介78-79

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本文编号：629806