Ku波段静中通环焦反射面天线的设计
ku波段天线罩的设计
Ku 波段天线罩的设计
曹江涛, 李增科, 董长胜, 牛传峰
( 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北 石家庄 050081)
摘 要: 近年来随着通信技术的飞速发展, 通信频段越来越高, 对天线罩的电性能等要求越来越高。 针对 Ku 波段天线
罩进行了电气仿真设计、 力学仿真验证以及工艺设计, 从结构形式、 罩壁厚度、 材料选择工艺方法及电气性能等方面优
料的介电常数的前提下,只要确定了入射角便可确
定天线罩的初始壁厚。
本文采用复合材料夹层结构,选择低介电常数
的材料,基于预浸料热压罐成型工艺合理设计夹层
结构形式,选取最优罩壁厚度,降低天线罩的损耗,
提高传输效率。
采用仿真软件( HFSS) 进行大量的优化设计,合
理选择夹层形式及夹层厚度,经过理论计算以及等
the demand for the electrical property of radome is getting higher and higher. The electrical simulation design,mechanical simulation
validating and process design of the Ku band radome are carried out and the structural form,radome wall thickness,material choice,
线追踪理论,具体的壁厚设计公式为:
d =
mλ
2
收稿日期:2019-10-22
ε r - sin2 θ
( m = 1,2,. . . ) ,
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31727901)
一种新颖的Ku频段宽带微带天线阵的设计
参数
Ｌ４
Ｗ １
』 寸
４
２． ５
Ｗ２ Ｗ３ ＧＩ
ｌ ｌ Ｏ＿ ３
微 带天线 是利用微带线或 同轴线 等馈线 馈 电， 在导体 贴 片与 接 地 板 之 间激 励 起 射 频 电 磁 场 ， 通 过 贴 片 四周 与 接
地 板 间 的缝 隙 向外 辐 射 …。 冈其体积小、 重量轻 、 剖面低 、
， ｌ Ｊ ‘ 以 “ ５
作者简介： 李飞 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男。 河南开 封
ｌ ７
第ｌ ４ 期 ２ Ｏ ｌ ７ 年７ 月
ＮＯ． １ ４
无线 互联ห้องสมุดไป่ตู้科技 ・ 无 线 大 地
Ｊ ｕ１ ｙ，２ ０１ ７
ｌ ２ ． ５～ １ ４ ． ８ ＧＨｚ 天 线 的 回波 损 耗 小于 一 １ ０ ｄ Ｂ ， 相 对 阻抗 带
第１ ４ 期 ２ ０ １ ７ ｑ ＇ ： ７
无 线互 联科 技
Ｗｉ Ｆ Ｏ ｌ ｅ Ｓ Ｓ Ｉ １ １ ｔ ｅ ｒ ｎｅ ｔ Ｔ ｅＣ ｈ ｎ ｏ１ ｏ ｇ ）
ＮＯ． １ ４
Ｕｌ ｖ ，２ ０ｌ ７
一
种新 颖 的 Ｋ ｕ 频 段 宽带微 带天 线 阵的设 计
李 飞
（ 南京熊 猫汉 达 科技 有 限 公 司， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ １ ４ ）
随着技术的发展， 无线通信领域对通信带宽的要求越 来 续 表 １
越高， 用广 １ 对高速数据 、 高清 视 频 的 需 求 是 没有 尽 头 的 。 因 此 不 断扩 大通 信 容量 ， 提 高 天 线 的 电性 能 ， 降 低 天 线 的重 萤 和 体 积 成 为 该 领 域 的 一 个 长 期 研 究 日标 。 对 于工 作 存 Ｋｕ 频 段 的动 中 通 卫星 通 信 天 线 ， 带宽越宽， 能 力越 强 ， 越 能 适 应
新型低剖面Ku波段平板天线设计
第３７卷第３期２０２０年９月河㊀北㊀省㊀科㊀学㊀院㊀学㊀报J o u r n a l o f t h eH e b e iA c a d e m y o f S c i e n c e s V o l ．３７N o ．３S e p．２０２０收稿日期:２０２０－０５－２９作者简介:李㊀凡(１９８８－),男,河北人,硕士,工程师,研究方向为线天线,阵列天线．文章编号:１００１－９３８３(２０２０)０３－００４１－０５新型低剖面K u 波段平板天线设计李㊀凡,赵㊀航(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄㊀０５００８１)摘㊀要:本文设计了一种低剖面K u 波段阵列天线.天线采用了一种无辐射喇叭口天线单元形式,有效降低了天线的剖面.以２ˑ２子阵为一个基本单元设计加工了１６ˑ１６单元阵列.实测结果表明天线剖面较低,效率超过４５％.关键词:低剖面;阵列天线中图分类号:T N ８２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:AD e s i gno f l o w p r o f i l eK u Ｇb a n d p l a n a r a n t e n n a L I F a n ,Z H A OH a n g(T h e ５４t hR e s e a r c hI n s t i t u t e o f C E T C ,S h i j i a z h u a n g H e b e i ０５００８１,C h i n a )A b s t r a c t :Ak i n d o f l o w p r o f i l e a n t e n n a o nK u Ｇb a n d i s d e s i gn e d ．B a s e d o n t r a d i t i o n a l a n t e n n a ,au n i tw i t h o u t t h e r a d i a t i o nh o r n i s d e s i g n e d ．T h e p r o f i l e o f t h e a n t e n n a i s d e c r e a s e d o b v i o u s Ｇl y ．As c a l e o f １６ˑ１６a n t e n n a i s d e s i g n e d b a s e d o n ２ˑ２u n i t s ．T h e r e s u l t s h o wt h a t a n a n t e n Ｇn aw i t h l o w p r o f i l e a n dh i g he f f i c i e n c y i s o b t a i n e d ．K e y w o r d s :L o w p r o f i l e ;A r r a y a n t e n n a ０㊀引言卫星通信具有覆盖范围广,且不受天气㊁地形和时间的限制等特点,随着通信系统的发展,卫星通信的使用范围越来越广泛.K u 通信频段频谱资源丰富,可同时支持数据和视频等业务,在卫星通信中的优势更加明显.为了与卫星建立稳定可靠的通信链路,就需要天线有足够大的口径和足够高的增益.但是地面的移动载体,车辆和舰船需要天线具有剖面低和重量轻等特点.目前大口面高增益天线的实现方式主要有反射面天线和阵列天线技术.反射面天线具有效率高㊁成本低㊁功率容量大等特点,但同时具有体积大和剖面高等劣势,在低剖面天线设计时无法保证辐射效率而且设计难度大大增加.阵列天线主要有微带阵列和平板喇叭阵列等形式.微带阵列天线具有剖面低㊁重量轻等特点,但是微带线损耗大,增益到达一定范围时,面积河北省科学院学报２０２０年第３７卷的增大不一定带来增益的增加.平板阵列天线具有剖面低效率高等特点,但是平板阵列天线一般为纯金属结构,重量较重[１－６].针对以上天线的特点,本文提出了一种新型天线单元.此天线单元在常规平板阵列天线的基础上去除了辐射喇叭,减轻了天线的重量,使天线的剖面更低.１㊀天线的原理与设计常规天线单元外形结构图如图１所示,新型天线单元见图２.常规天线单元分为三大部分:谐振腔㊁辐射喇叭和馈电端口,辐射喇叭可以为张角喇叭或者直角喇叭;新型天线单元采用小口径拼阵,取消了辐射喇叭,有效降低了天线高度.图１㊀常规天线单元模型图２㊀新型天线单元模型由天线原理可知,天线辐射口面上的电场均匀分布时,可产生最高的辐射效率.辐射喇叭是为了在比波导尺寸更大的口径上产生均匀的电场分布,从而获得更高的辐射效率,增加定向辐射效果.平板阵列天线通过馈电端口将能量输入谐振腔,能量在谐振腔内震荡并通过辐射喇叭辐射出去.当天线单元采用小口径时,辐射喇叭入口处的能量和相位分布仍然比较均匀,尚未对天线辐射效率构成较大影响.２㊀天线性能仿真基于以上分析,提出了新型天线单元,并在K u 频段进行了仿真分析.图３－图４为仿真增益.从仿真结果看出,天线单元增益大于７d B ,详见表１.图３㊀单元接收方向图图４㊀单元发射方向图２４第３期李㊀凡等:新型低剖面K u 波段平板天线设计表１㊀天线单元仿真结果接收发射增益(d B )７．５８８．２９㊀㊀天线组阵常用波导或带状线进行等幅同相馈电.波导传输损耗小,但是体积大,小口径拼阵时无法进行排布.带状线体积小,可以极大的压缩天线厚度,有效控制天线的体积和重量.根据谐振腔尺寸和馈电带状线尺寸,选取较小的单元间距.以２ˑ２单元作为天线子阵,利用带状线功率分配器对单元进行等幅同相馈电,天线发射能量时,电磁能量由功分器输入口输入,通过带状线功分器将能量均匀分布至４个天线单元,能量通过谐振腔震荡后辐射出去.带状线功分器示意图见图５,天线整体仿真模型见图６.图５㊀带状线功分器图６㊀子阵仿真模型优化带状线的性能,微调谐振腔边长和高度,可以得到最优电性能.图７－图１０为天线子阵仿真增益,图１１为天线子阵仿真驻波.从仿真结果看出,天线子阵增益大于１３d B ,天线驻波小于１．６,详细数据见表２.图７㊀子阵方向图(１２．２５G H z)图８㊀子阵方向图(１２．７５G H z)图９㊀子阵方向图(１４G H z)图１０㊀子阵方向图(１４．５G H z)３４河北省科学院学报２０２０年第３７卷图１１㊀仿真驻波表２㊀天线阵列仿真结果频率(G H z)１２．２５１２．７５１４１４．５增益(d B )１３．５１１３．９３１４．７０１４．９４图１２㊀实物照片３㊀加工测试结果根据前面的理论分析及仿真结果,实际设计了１６ˑ１６单元阵列样件并进行了方向图及驻测试.为了满足天线的低重量要求,在适当位置进行减重,天线实物照片见图１２,测试结果见图１３－图１７.通过对比法测试天线各频点增益,实测增益见表３.图１３㊀实测方向图(１２．２５G H z)图１４㊀实测方向图(１２．７５G H z)图１５㊀实测方向图(１４G H z)图１６㊀实测方向图(１４．５G H z)４４第３期李㊀凡等:新型低剖面K u波段平板天线设计图１７㊀实测驻波图表３㊀实测结果频率(G H z)１２．２５１２．７５１４１４．５增益(d B )３０．４５３１．４２３１．５３３０．９６驻波ɤ１．７５效率５７％６５％５５％４５％４㊀结束语本文设计了一种低剖面平板天线,天线单元取消了辐射喇叭,有效降低了天线的高度,相对降低了天线重量.理论分析和实测结果显示,低频段效率较高,高频段效率较低,这是由于在高频段,天线拼阵间距仍然较大,辐射口面处的电场和相位分布已经出现分布不均匀现象导致效率较低,与理论分析一致.天线仿真结果和测试结果一致性较好,天线整体效率较高.本天线为金属件与印制板相结合的结构,金属件和印制板都采用成熟高精度加工工艺,加工简单,装配容易,可靠性较高,适合多种环境使用.参考文献:[１]㊀张瑞东,牛传峰．一种高性能K u 喇叭阵列天线设计[J ]．河北省科学院学报,２０１６,３３(２):４８－５３．[２]㊀牛传峰,耿欣蕊．K u 频段双极化平板波导阵列天线的结构设计[J ]．电磁场与微波,２０１３,４３(９):３８－４０．[３]㊀邹火儿,韩国栋．机载低剖面卫通天线的发展与未来[J ]．现代雷达,２０１４,３６(３):５３－５６,６１．[４]㊀项阳,施伟,杨华等．K u 频段低剖面动中通卫星天线技术综述[J ]．军事通信技术,２０１４,３５(３):５３－５６,６１．[５]㊀宋长宏．基于喇叭单元的平面阵列天线研究[D ]．哈尔滨工业大学．２０１４．[６]㊀岳震震．宽带加脊喇叭天线设计[D ]．西安电子科技大学．２０１７．５４。
基于并行遗传算法的Ku波段卫星天线设计
基于并行遗传算法的Ku波段卫星天线设计（中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，武汉430074）摘要：针对一种宽波束、宽带宽的微波Ku波段卫星天线的设计要求，采用了并行化GA和改进的NEC2来进行天线综合。
本设计的GA并行计算平台由并行的多台微机组成，它们之间的消息传递采用MPI来实现，天线数值计算用改进的基于矩量法的NEC2软件来完成。
宽波束、宽带宽的圆极化天线可以应用于空间广播通信等领域，它的设计在传统手工天线设计中是有一定困难的[1]。
采用并行GA设计出来的一种单支7折线Ku波段天线，不仅方向图的特性优良满足了要求，而且减小了整个天线的设计周期。
关键词：遗传算法；宽波束；并行化；微波天线中图分类号：TN82 文献标志码：A文章编号：A Design of Ku-Band Satellite Antenna by Parallel GAGUO Jin-cui, ZOU Jin-xin, WANG Yin-cheng, ZHAO Xiao-juan(Faculty of Mechanical and Electronic Information, China University of Geosciences, WuHan430074, China) Abstract:To meet the design requirement of a wide bandwidth, wide beam Ku-Band antenna, the parallel GA and improved NEC2 were used in this thesis. The parallel computing system of this design was composed of several PCs and the message passing protocols between the PCs were MPI. The NEC2 software which was based on method of moments was used as Numerical calculation method. The design of a wide bandwidth, wide beam width Ku-Band antenna for a circularly-polarized wave using traditional methods was a little difficult [1]. However, the single-branch Ku-Band antenna with 7-segments which was designed by parallel GA in a very short design period in this article, has an excellent performance in both pattern and VSWR.Key words: genetic algorithm; wide bandwidth; parallel; microwave antenna1 引言天线领域的待优化问题常有多峰值、非线性、变化剧烈甚至不连续的特点。
一种机载Ku频段卫星通信天线
专利名称：一种机载Ku频段卫星通信天线专利类型：实用新型专利
发明人：牛鹏飞,高飞,张骁耀,冷冰,武毅申请号：CN202121583657.7
申请日：20210713
公开号：CN215645028U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种机载Ku频段卫星通信天线，包括反射弧板，所述反射弧板的内侧设置有发射端，所述发射端的底端面固定有安装柱，所述安装柱的底部形成有连接用的法兰，在法兰的表面还开设有多个通孔，所述反射弧板的内侧顶端面上固定有贯穿所述通孔的连接柱，每个所述连接柱的顶部外侧均开设有卡槽，所述卡槽的内侧套设有抱箍，所述抱箍的一端呈开口状，且在所述抱箍的开口处两端还固定有连接块，所述连接块的内部贯穿有紧固螺栓；通过设计的连接柱与抱箍，能够快速方便的完成安装柱与反射弧板的连接，相比较多个螺栓连接的方式，极大的提高了工作效率，同时在后期的拆卸中也更加方便，即使出现损坏，更换维护的成本较低。
申请人：西安雷远电子科技有限公司
地址：710100 陕西省西安市雁塔区国家民用航天产业基地雁塔南路富华大厦2幢1单元3层1-37室
国籍：CN
代理机构：北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：郭秉印
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Ku波段高增益平面天线阵列设计
Ku波段高增益平面天线阵列设计
叶声;金荣洪;耿军平;杨光;郑咏松
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2009(0)7
【摘要】介绍了一种Ku波段宽带高增益印刷天线的单元结构及其阵列设计方法.
该天线单元由双层介质板构成,两板相距约1/4工作波长,由同轴线相连接,能有效减小天线单元的面积并改善天线的阻抗带宽、增益和前后比等.在单元基础上加工的64元阵列天线的测试结果表明了设计的有效性.该天线在卫星通信、微波中继通信、WPAN等领域具有潜在的应用价值.
【总页数】4页(P1137-1139)
【关键词】卫星通信;阵列天线;Ku波段;高增益
【作者】叶声;金荣洪;耿军平;杨光;郑咏松
【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院;杭州文化广播电视集团
【正文语种】中文
【中图分类】TN828
【相关文献】
1.Ku波段高增益圆极化宽带微带阵列天线设计 [J], 汪江宇;唐涛;何胜;邓彪
2.小口径高增益Ku波段平面天线 [J], 李鹏程
3.一种Ku波段高增益双频双极化微带天线的设计 [J], 付勇;尹治平;吕国强;
4.Ku波段低副瓣高增益微带阵列天线设计 [J], 戴欣华;姚金杰;苏新彦;江润东;王瑞
瑞;王晓东
5.小口径高增益Ku波段平面天线 [J], 李鹏程
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一种Ku波段宽带微带天线的设计
一种Ku波段宽带微带天线的设计王鹏;李民权;付灿;金秀梅【摘要】A novel design approach of the wideband microstrip patch antenna at Ku-band is presented in this paper. The coupling feed is made by H-shaped apertures in the ground plane. Two narrow slots are etched on the radiating patch to expand bandwidth. The reflector in the bottom of the antenna is used to enhance the gain and improve the front-to-back ratio. The antenna is analyzed and optimized by the high frequency simulation software HFSS. The simulation results show that this structure of antenna can effectively improve the wideband resonance of the microstrip antenna. The antenna can a-chieve 39. 8 % impedance bandwidth with a return loss less than -10 dB and a cross polarization level less than -28 dB. The front-to-back ratio of the antenna radiation pattern is better than 19 dB.%文章给出一种新型结构的Ku波段宽频带微带天线的设计方法.在接地板上开H型缝隙进行耦合馈电,并在辐射贴片表面开矩形缝隙以扩展带宽,在天线的底面加反射板以提高增益、改善天线方向图的前后比性能.用高频仿真软件HFSS进行仿真优化,结果表明该结构天线具有良好的宽频谐振特性,其回波损耗小于-10 dB,阻抗相对带宽高达39.8％,交叉极化电平小于-28 dB,前后比优于19 dB.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】4页(P62-65)【关键词】Ku波段;宽频带;微带天线;耦合馈电【作者】王鹏;李民权;付灿;金秀梅【作者单位】安庆师范学院物理与电气工程学院,安徽安庆246011;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039;安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039【正文语种】中文【中图分类】TN823微带天线的概念最早是由德尚教授（G.A.Deschamps）提出的，由于其体积小、质量轻、剖面低、且易于加工和电路集成等诸多优点，在雷达和通信领域得到了广泛的应用。
一种Ku波段高增益双频双极化微带天线的设计
等效 介 电常数 提 高性能 但 上述 天 线增 益一 般在 １ ８ ｄ Ｂ． １ ９ ｄ Ｂ左 右，本 文综 合运 用 上述 论
２ 阵列 设 计
为了获得较 高的增 益 ， 利用前面单元组成
４ ｘ ４阵列 ，如 图 ３横 向间距 １ ６ ｃ ｍ，纵 向间距
１ ８ ｃ ｍ。采 用 了 并 联 馈 电 网 络 组 成 阵 列 ， 结 构
接 收端的增益分别在 １ ９ ． ６ ７ ｄ Ｂ ，发 射端增益 ２ ０ ． ２ ８ ｄ Ｂ 。
Ｈａ
了加 工 工艺 。介 质板 ３为 Ｒｏ ｇ ｅ ｒ ｓ ５ ８ ８ ０材 料， 采用 Ｏ ． ２ ５ ｍ ｍ厚度使 电磁波尽可能的辐射出去 。
上 层 为 带耦 合 缝 隙 的反 射 面 ， 两 个 “ Ｈ” 型 缝
Ｌ ｙ
５ ． ９ ５
Ｌ ｘ
６ ． ９８
Ｌ ａ
２． ５
Ｈａ
２ ． ７
Ｔ ａ
０ ． ７
Ｇａ
０ ． ３
并且 增加 天 线结 构 强度； 同时 背 向增 加反 射板 ，天 线获得 高增益 和高隔离度 。仿真结果显示 ４ ＊ ４ 子 阵 具有 良好 的性 能，Ｖ Ｓ Ｗ Ｒ ＜ ２ ． Ｏ以 下 带宽分 别 为 １ ２ ． ２ ５ — １ ２ ． ７ ５ Ｇ Ｈ ｚ和
通信技术 ・ Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
一
种Ｋ ｕ波段高增益双频双极化微带天线的设计
文／ 付勇 。 尹治平 吕国强
表 １ ：天线单元优化后 的尺寸 （ 单位：ｍｍ）
本 文设 计 一 款 应 用 于 Ｋ ｕ波 段 移 动 卫 星 通 信 系统 的 双 频 双 极 化 微 带 贴 片 子 阵 天 线 ，天 线接 收端 为 垂直 极化 ，发射 端 为水 平极 化且 收发 共用 贴 片 口径，通 过增 加Байду номын сангаас 层掏 空介质 ，不仅 引入了空气层 ，
CTI3.7米KU天线手册
CTI.A-370R2-C/Ku 型卫星通信天线为环焦型天线，天线口径3.7米，座架为A-E 型桁架式座架。
可以跟踪同步轨道卫星，可以实现C 频段或Ku 频段的接收和发射功能。
该天线于1999年初通过了亚太卫星公司、亚洲卫星公司、中国广播卫星公司、鑫诺卫星公司、东方卫星公司的型号入网认证。
3.7米环焦天线是一种新型的双镜面天线，它具有高增益、高效率、低旁瓣、小电压驻波比、宽频带的良好电气特性。
在结构上，天线造型美观，力学模型合理，刚强度较高，有较好的抗风和抗其它外载的能力。
电气性能设计理论先进，结构设计合理，加工精细、定位精确，安装方便。
天线采用三防性能较好的三防漆和相应的涂复措施，使天线在恶劣的环境下有良好的防腐性能。
技术性能指标•电气指标电 气 指 标 C-接收 C-发射 Ku-接收 Ku-发射 频率(GHz) 3.625～4.2005.850～6.42510.95～12.7514.00～14.50增益(dBi) ≥41.1 ≥45.2 ≥50.6 ≥52.5 驻波(VSWR) 1.251∶ 1.251∶ 1.251∶ 1.251∶ 带宽(-3dB) 1.32 0.86 0.47 0.38 带宽(-15dB) 2.75 1.73 0.91 0.75 噪声温度 2 Port Feed2 Port Feed10 仰角 36K 67K20 仰角 30K 58K30 仰角 25K53K功率容量5000W1000W 接口型式 CPR-229G CPR-159G/137GWR-75 馈源插损 0.18dB0.18dB0.25dB0.25dB收发隔离 85dB85dB交叉极化隔离35dB(on axis) 35dB(on axis) 35dB(on axis) 35dB(onaxis)轴比(Ratio) dB0.90.9副瓣包络CCIR.580•机械性能机械性能参数备注方位转动范围±60°连续细调俯仰转动范围5°～90°连续细调极化转动范围±90°跟踪方式自动或人工 （RMS）面板精度 0.5mm•环境特性环境特性参数备注工作风速20 35m/s不破坏风速55m/s天线朝天锁定环境温度-40°～60℃雨降≥10cm/hour阳光辐射≥1000kcal/hm2相对湿度0%～100%裹冰≥2.5cm。
一种应用于卫星通信的Ku 频段宽带反射阵天线
3Internet Communication互联网+通信引言反射阵天线是将抛物反射面天线平面化并结合阵列天线的若干优点而形成的一种新的天线类型。
相比于弯曲的抛物反射面天线，反射阵天线因其平面化的结构而更易于加工、剖面更低、体积更小、重量更轻[1]。
其一般由呈周期性排布单元组成的反射阵面和馈源组成，由于馈源发出的电磁波到反射阵面上每个阵元的传播距离不一致，阵面上的每个单元都需要通过设计使其具有特定的反射相位来补偿因传播距离不一致引入的相位延迟。
通过对各个单元的结构进行优化设计使其具备所需的反射相位，就能在辐射远场的所需方向上将馈源发出的球面波汇聚成等相位波前的窄波束。
然而，微带反射阵天线也不可避免地继承了微带的窄带特性，使得天线的增益带宽相对于抛物反射面天线较窄[2]。
为了提高反射阵天线的带宽，可以采用多层结构，但相应的加工成本和复杂性也会提高[3-5]。
本设计中采用单层多谐振平行偶极子单元形式，通过多谐振拓宽天线带宽，同时单层的结构又保证了加工简易度。
一、单元设计与分析本设计中采用五个平行偶极子形式的单元，结构如图1所示。
此形式的单元本质上是一种多谐振结构，增加单元中偶极子的数量可以增加谐振点的数量，从而展宽反射阵的有效相位响应频率带宽，也能展宽单一频点处单元的有效相位变化范围。
图1 单元结构图一种应用于卫星通信的Ku 频段宽带反射阵天线□刘伟 中国电子科技集团公司第二十二研究所【摘要】 设计了一款工作于Ku 频段、应用于卫星通信的宽带反射阵天线。
阵列单元采用的是单层多谐振平行偶极子形式，通过优化单元结构，得到宽频带范围内较线性的反射相位响应及较大的相位变化区间。
在此单元的基础上，设计了一个口径480mm 的共40×40个单元的反射阵天线，天线在Ku 频带内具有稳定的增益及较低的副瓣电平。
【关键词】 卫星通信 宽带 单层 反射相位单元印刷在厚度3.175mm、介电常数2.2、损耗角正切0.0009的Arlon Diclad 880介质基板上侧，介质板下侧为反射板。
一种Ku波段微带阵列天线研究与设计
一种Ku 波段微带阵列天线研究与设计引言随着无人机、卫星、雷达和通讯等领域的不断发展，对于高频天线的需求也日益增长。
Ku 波段是目前应用十分广泛，常用于卫星通讯、雷达侦测、气象监测等领域，因此Ku 波段微带阵列天线的研究与设计也变得非常重要。
本文主要针对Ku 波段微带阵列天线的研究与设计进行探讨。
我们将从以下几个方面进行展开：首先，介绍Ku 波段微带阵列天线的概念和特点；其次，阐述Ku 波段微带阵列天线的设计原则与方法；最后，利用ADS 软件，设计一款Ku 波段微带阵列天线，并对其进行仿真分析。
一、Ku 波段微带阵列天线的概念和特点Ku 波段是指12GHz-18GHz 的频率范围，其波长在2.5cm-1.7cm 之间。
相比于其他波段，Ku 波段具有以下几个特点：（1）波长较短：由于Ku 波段的波长较短，因此具有高直射性和较强的穿透能力，适合用于通过大气层、云层和一些障碍物进行通信和侦测。
（2）频率高：Ku 波段频率高，可以提供高速数据传输和高分辨率成像，因此在卫星通讯、雷达侦测以及空间观测等领域得到广泛应用。
（3）饱和功率小：Ku 波段饱和功率小，对设备的功率消耗要求低，因此可以延长设备的使用寿命，并减小设备的体积和重量。
在Ku 波段微带阵列天线设计中，需要考虑经济性、可靠性和直射性等因素，以满足不同应用领域的需求。
二、Ku 波段微带阵列天线的设计原则与方法在Ku 波段微带阵列天线的设计中，需要遵循以下原则：（1）形状合理：天线的形状应该合理，并且需要尽量减小天线的体积和重量，以便方便安装和使用。
（2）频率匹配：天线的频率需要与系统中其他元器件频率匹配，以保证系统的正常工作。
（3）方向性好：天线需要具有良好的直射性，并且可以根据需要进行方向性收发。
（4）电路简单：天线的电路设计需要简单，以减小成本和减小故障率。
目前，Ku 波段微带阵列天线设计主要采用以下方法：（1）微带线技术：通过让微带线距离基板轻微偏离，可以实现天线的频率调整和极化调整，实现多种模式之间的转换。
Ku波段高增益平面天线[实用新型专利]
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[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2739818Y[45]授权公告日2005年11月9日专利号 ZL 200420087725.0[22]申请日2004.08.16[21]申请号200420087725.0[73]专利权人北京怡嘉兴业信息工程有限公司地址100022北京市朝阳区西大望路24号浩然大厦403室[72]设计人冯祖伟 魏克珠 李文超 [51]Int.CI 7H01Q 21/06H01Q 13/08权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 6 页[54]实用新型名称Ku波段高增益平面天线[57]摘要本实用新型涉及一种Ku波段高增益平面天线，由微带阵列与波导并联网络组成，包括金属平板、介质基板、微带辐射单元、微带同轴微带转换器、微带功分网络、同轴波导转换器等部分组成。
天线阵列由16×16元子阵组成，共设有1024个微带辐射单元。
所有的微带辐射单元装在一块介质基板上，介质基板通过螺钉固定于金属反射板，基板接地层紧贴金属平板。
16×16元子阵结构由256个微带边馈的阵元通过微带线并联馈电微带功分网络组成，功分网络的中心连接同轴微带转换器，背馈输出。
该技术使Ku波段平面天线的最小增益超过32dB，能够清晰的接收到卫星电视信号。
200420087725.0权 利 要 求 书第1/1页 1、一种Ku波段高增益平面天线，由微带阵列与波导并联网络组成，包括金属平板(1)、介质基板(2)、微带辐射单元(3)、微带同轴微带转换器(4)、微带功分网络(5)、同轴波导转换器(6)等部分组成，其特征在于：所述天线阵列划分为四个子阵，即由四个16×16元子阵组成，共设有1024个微带辐射单元(3)；所有的微带辐射单元(3)装在一块介质基板(2)上，介质基板(2)通过螺钉固定于3-5m m厚的金属平板(1)上，介质基板(2)的接地层紧贴金属平板(1)。
基于并行遗传算法的Ku波段卫星天线设计
基于并行遗传算法的Ku波段卫星天线设计郭金翠;邹金欣;赵小娟;王寅澄【期刊名称】《计算机工程与科学》【年(卷),期】2011(33)10【摘要】To meet with the requirements of designing a wide bandwidth, wide beam Ku-Band microwave antenna, parallel Genetic Algorithms (GA) and an improved software NEC2 are used in this article. The parallel computing system in this design is composed of several PCs and the message passing protocols among PCs are MPI. The NEC2 software based on the method of moments is used as a numerical calculation method. Designing a wide bandwidth, wide beam width and circularly-polarized microwave Ku-Band antenna by the traditional methods is difficult [1]. However, the single-branch Ku-Band antenna with 7-segments which is designed by parallel Gas in a very short design period in this article, has an excellent performance in both patterns and VSWR.%针对一种宽波束、宽带微波Ku波段卫星天线的设计要求,本文采用了并行化遗传算法(GA)和改进的NEC2软件来进行天线综合.所设计的遗传算法并行计算平台由多台微机组成,它们之间的消息传递采用MPI来实现,天线的电磁数值计算采用改进的基于矩量法的NEC2软件完成.宽波束、宽带圆极化天线可以应用于空间广播通信等领域,使用传统手工方法进行这种天线设计有一定困难[1].采用并行GA设计出来的一种单支7折线Ku 波段天线,不仅满足了要求,方向图的特性优良,而且减小了整个天线的设计周期.【总页数】4页(P174-177)【作者】郭金翠;邹金欣;赵小娟;王寅澄【作者单位】中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN82【相关文献】1.基于并行遗传算法的Ku波段卫星天线设计 [J], 翟微;2.我国Ku波段广播通信卫星赋形波束天线设计 [J], 钟鹰;易念学3.Ku波段13米卫星通信天线设计与性能 [J], 田车辇4.基于南方Ku波段卫星通信雨衰分析及对抗措施分析 [J], 李吉5.基于Ku波段CEI的GEO卫星定轨特性 [J], 刘泽军;杜兰;张栩晨;黄晓霞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Abstract：Ring-focus antenna is a typical component in satellite communication earth station antenna system. This paper presents a ring-focus antenna design for Ku-band transportable satellite communication system. The simulation design and test data have been provided to prove that the solution meets all of the application requirements. Keywords：Ku-band; Transportable Satellite Communication System; Ring-focus Antenna
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图1
夹角，是 θ 的最大值；θm 是 OO＇与 AA 轴的夹 角；θ＂m 是副面母线的边缘点 M 与馈源喇叭口面中 心 K1 的连线与 AA 轴间的夹角；L 是馈源喇叭口面 中心 K1 到其相位中心 O 的距离。R0 是副面母线边缘 M 到馈源喇叭口面中心 K1 的距离，即 R0=MK；R1 副面母线边缘点 M 到馈源喇叭相位中心 O 的距离， 即 R1=MO。
对于大、中型卫星通信地球，一般 Ds ≈ 0.1是 D
一种有利于降低近轴旁瓣的选择，根据要求，主面
为环焦抛物面，ϕ0.6m；副面为椭圆，ϕ0.06m；
θ vm
=
2tg −1[ D − DS 4F
]=
93.9°
2.2.2 波纹喇叭口面尺寸的设计[3]
选定馈源喇叭对副面边缘照射锥削和喇叭口面 的相差 Φm 后，确定其空间因子，再选定 θm＂,求出
1 概述
所谓静中通天线是指在固定地点能够自动寻星 的卫星通信地球站天线系统。适用于开车到郊外的 旅游者、军事系统野外作业车辆以及相关部门野外 工作车。所以该天线需具有小型、携带方便、操作 简单等特点，天线形式一般选用反射面、喇叭微带 等[1]。环焦天线在国外通常称为抛物线焦轴偏移轴对 称双镜天线，环焦天线在卫星通信地球站天线中有 其独特的地位，特别是在中小型卫星通信地球站天 线中，用这种天线可以克服作为初级馈源的波纹喇 叭所引起的遮挡大于副镜所造成的次级遮挡的缺 点，从而开辟了中小口径天线低旁瓣化和高极化鉴 别率的新途径[2]。介于静中通对天线的要求和环焦反 射面天线电压驻波比极低、远近轴旁瓣特性较好、 馈源的遮挡永远小于副镜遮挡等优点，选用环焦反 射面天线作为静中通天馈线部分是可行的。
将波纹喇叭尺寸带入 CST 中仿真计算，仿真模 型和结果见图 2、图 3。其中图 3 中(a)、(b)分别是接 收频段的 E 面、H 面方向图，(c)、(d)分别是发射频 段的 E 面、H 面方向图。
图 2 波纹喇叭仿真模型
2.2 Ku 波段副反射面母线是椭圆的环焦天 线设计
2.2.1 θvm 的设计
2.2.3 其它参数的设计
确 定 出 喇 叭 长 度 和 喇 叭 张 角 θ0 。 利 用 式 l = 0.88L' = 0.88πah2 求出喇叭相位中心到喇叭口
φmλ
面的距离，然后求出喇叭的相位中心到副面边缘的
余距 R1 。
根据公式求出副反射面的离心率和放大系数， 再求出副面顶点到喇叭相位中心的距离 OT。再根据 公式求出椭圆的焦距和椭圆长轴。
参考文献
[1] 沈民谊、蔡镇远编著，《卫星通信天线、馈源、跟踪系统》，人民邮电出版社，1993，pp.26-31. [2] 林昌录主编，《天线工程手册》，电子工业出版社，2002，pp.608-610. [3] 章日荣、杨可忠、陈木华编著，《波纹喇叭》，人民邮电出版社，1988，pp.59-79. [4] 林昌录主编，《近代天线设计》，人民邮电出版社，1990，pp.450. [5] 西安恒达微波集团，《微波与毫米波》，2007，pp.78.
（b）H 面
图 6 幅度方向图
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实测结果： 接收频段增益：大于 35.8dB，发射频带增益： 大于 37.2dB； 波束宽度：2.6°～2.8°； 电压驻波比：小于 1.4；
第一旁瓣电平：小于-15 dB； 交叉极化隔离度：大于 25 dB； 收发端口隔离：大于 85 dB。 满足了设计使用要求。
Ring-focus Antenna Design for Ku-band Transportable Satellite Communication System
Wu Handong, Wang Yingying, Li Kejuan, Wang Lizhi,Pan yunfei,Wei Maohua
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由馈源喇叭辐射的电波，其波束的峰值入射到 副面的顶点 T，经反射后过 O＇点射向 P 点；而入射 到副面边缘 M 点的电波经反射后射向主反射面 B 点。经主反射面反射后，形成平行光辐射。
馈源喇叭波纹槽的内半径 ah。再根据 R0
=
Ds 2 sin θm//
求
出副面边缘到波纹喇叭口面中心的斜距 R0。
Ku 波段静中通环焦反射面天线的设计
伍捍东 王英英 李科娟 王立志 潘云飞 魏茂华
(西安恒达微波技术开发公司 西安 710061)
摘 要：环焦天线在卫星通信地球站天线中有其独特的地位。本文提出应用于静中通系统中的 Ku 波段环焦 反射面天线的设计方案，并给出仿真设计及实测结果，表明本设计方案完全满足使用要求。 关键词：Ku 波段，静中通，环焦反射面天线。
2 Ku 波段环焦反射面天线设计
2.1 环焦天线原理
环焦天线分为两类，一类是副反射面母线为椭 圆形的，另一类是副反射面母线是双曲面形的，我 们选用了具有广阔应用前景的副反射面母线为椭圆 形的环焦天线反射面天线，如下页图 1 所示：
图 1 中，源为馈源喇叭的相位中心，是椭圆的 一个焦点，它位于环焦天线的对称轴 AA 上；BP 时 主镜抛物线的母线；O＇是该线的焦点，又是椭圆的 另一个焦点；K1 是馈源喇叭的口面中心；D 是环焦 天线的口面直径；O＂是以 AA 为轴、与抛物线 BP 对称的另一抛物线 B＇P＇的焦点；T 是副反射面的 顶点（在 AA 轴上）；DS 是副面的直径；θV 是抛物线 BP 上任一点与 O＇的连线与 BO＇的夹角；θvm 是与 PO＇与 BO＇的夹角、是 θV 的最大值；θ 是副面母 线上任一点与馈源喇叭相位中心 O 的连线AA 轴的夹 角；θ＇m是副面母线边缘 M 与 O 的连线与 AA 轴的
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（a）
（b）
(a) 发射
图 3 波纹喇叭仿真结果
3 天线测试结果及结论
根据以上设计结果，加工制造天线实物如图 4 所示，采用恒达微波技术开发公司天线测试系统[5]， 对天线进行测试，其驻波特性曲线见图 5，方向图曲 线见图 6。
(b) 接收 图 5 驻波特性曲线
（a）E 面
图 4 天线实物图