《電子技術(shù)應(yīng)用》
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星載高增益圓極化小型微帶天線陣列
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
金宇婷，邢斯瑞，孫 偉
長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司，吉林 長春130000
摘要： 針對(duì)衛(wèi)星X波段通信系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)一種新型星載高增益圓極化小型微帶天線陣列。新型微帶方形貼片單元采用側(cè)饋的饋電方式，利用切角技術(shù)實(shí)現(xiàn)圓極化，開槽技術(shù)實(shí)現(xiàn)小型化，天線陣列采用多層饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，圓形分布實(shí)現(xiàn)陣列小型化和輻射性能最優(yōu)化。通過電磁仿真軟件仿真優(yōu)化天線陣列，結(jié)果表明：在中心頻點(diǎn)8.2 GHz處回波損耗小于-25 dB，10 dB帶寬為2.6%，增益為16.2 dB，半功率波瓣寬度為23.6°，軸比為1.65 dB。經(jīng)加工測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。該天線對(duì)X波段無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)意義。
中圖分類號(hào)： TN82
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191121
中文引用格式： 金宇婷，邢斯瑞，孫偉. 星載高增益圓極化小型微帶天線陣列[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(5)：59-62，73.
英文引用格式： Jin Yuting，Xing Sirui，Sun Wei. Design of small high-gain circularly-polarized microstrip antenna array for satellite communication system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(5)：59-62，73.
Design of small high-gain circularly-polarized microstrip antenna array for satellite communication system
Jin Yuting，Xing Sirui，Sun Wei
Chang Guang Satellite Technology Co.，Ltd.，Changchun 130000，China
Abstract： A novel small high-gain circularly polarized microstrip antenna array is designed for satellite X-band communication system. The square antenna cell is fed by side-feed, circular polarization is realized by using corner cutting and miniaturization is realized by slotting technology. Multi-layer feeding network is used for antenna arrays in order to match impedance, the circular distribution of multiple cells achieve good performance including miniaturization of size and optimal radiation performance. Based on the above aspects, an antenna array with 8 microstrip cells is simulated and optimized by simulation software, results show that the antenna array has the return loss under -25 dB at the center frequency 8.2 GHz, the 10 dB-bandwidth of 2.6%, the gain of 16.2 dB, the half-power bandwidth of 23.6°, and the axis ratio of 1.65 dB. The measured results and the simulation results match well. The antenna has certain guiding significance for the design of X-band wireless communication system.
Key words : high-gain；circularly-polarized；miniaturization；microstrip antenna

0 引言

    隨著科技的迅猛發(fā)展，無線通信系統(tǒng)[1-2]在民用、軍用、商業(yè)、醫(yī)療等各大領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣進(jìn)。其中各種電磁設(shè)備正不斷向小型化、高集成度、高性能化發(fā)展，以滿足系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)良性能及不同的功能需求。本文依托吉林一號(hào)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，提出了一款星載X波段高增益小型圓極化微帶天線陣列，可以滿足在中高度軌道上建立穩(wěn)定的無線通信，以完成吉林一號(hào)的圖像視頻傳輸任務(wù)。因此，天線在其中有著極其重要的地位[3-6]。

    微帶天線與其他天線相比[7-9]，具有易集成、低剖面、易共形、易加工、饋電網(wǎng)絡(luò)便于與輻射體一體化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊、一致性好、低成本、適合批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[10-13]，廣泛應(yīng)用于無線電、通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感射電天文等多個(gè)領(lǐng)域[14]。圓極化天線的實(shí)用意義主要體現(xiàn)在：(1)圓極化天線可接收任意極化的來波，且其輻射波也可由任意極化天線收到，故衛(wèi)星通信、電子偵察和干擾中普遍采用圓極化天線；(2)在通信、雷達(dá)的極化分集工作和電子對(duì)抗等應(yīng)用中廣泛利用圓極化天線的旋向正交性；(3)圓極化波入射到對(duì)稱目標(biāo)(如平面、球面等)時(shí)旋向逆轉(zhuǎn)，因此圓極化天線應(yīng)用于移動(dòng)通信、GPS等能抑制雨霧干擾和抗多徑反射[15-18]。因此，圓極化微帶天線是衛(wèi)星天線普遍選擇的形式。因衛(wèi)星系統(tǒng)的特殊性，對(duì)組成系統(tǒng)或單元的功耗、尺寸大小、性能和工藝等有著較高的標(biāo)準(zhǔn)。目前多數(shù)的圓極化微帶天線不能同時(shí)滿足性能(如增益、軸比等)和尺寸大小的要求，因此高性能小型化的微帶天線陣列是其不可或缺的重要部件。

    本文提出了一款星載X波段高增益小型圓極化微帶天線，其單元和陣列的性能都是優(yōu)良的。本天線工作在X波段，單元采用側(cè)饋設(shè)計(jì)，在貼片上開槽可以使天線小型化，在輻射貼片上對(duì)稱切角可以實(shí)現(xiàn)圓極化；陣列采用底饋設(shè)計(jì)，多層饋電網(wǎng)絡(luò)和圓形陣列排布可以使陣列匹配性能良好和進(jìn)一步小型化，并且得到較為理想的軸比，相比同性能天線具有更小的尺寸、更好的性能。吉林一號(hào)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)包含多顆視頻圖像衛(wèi)星，此天線可為其圖像視頻數(shù)據(jù)下傳提供無線保障，同時(shí)也為X波段高增益圓極化小型微帶天線陣列提供了一種新的思路。




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作者信息:

金宇婷，邢斯瑞，孫  偉

(長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司，吉林 長春130000)

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