為了減緩飛行器在臨近空間高速飛行時(shí)產(chǎn)生的等離子體鞘套"黑障"對(duì)其通信影響,根據(jù)ITU分配的臨近空間3區(qū)業(yè)務(wù)頻段,設(shè)計(jì)了一種在Ka/V雙頻段工作的口徑耦合微帶天線。該天線在中間縫隙開(kāi)一圓孔,通過(guò)改變圓孔大小實(shí)現(xiàn)雙頻工作,并組成1×4的天線陣列,實(shí)現(xiàn)了在Ka和V兩個(gè)頻段的通信。設(shè)計(jì)結(jié)果表明:在Ka頻段的-10 d B帶寬達(dá)到11.33%,V頻段帶寬達(dá)到2.52%,滿足其在臨近空間3區(qū)業(yè)務(wù)的通信頻段。該天線易于實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可為臨近空間通信飛行器天線設(shè)計(jì)提供參考。 

【文章來(lái)源】：宇航學(xué)報(bào). 2015,36(08)北大核心EICSCD

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天線單元模型示意圖

圖2天線單元的S11曲線圖Fig．2TheS11resultofantennaunit小決定耦合到貼片單元能量的比例。減小口徑參數(shù)a的大小，耦合比例減少，諧振的輸入阻抗減校當(dāng)然如果口徑太小，能量沒(méi)有耦合到貼片單元，諧振阻抗也很校所以調(diào)整口徑參數(shù)a可以得到輸入阻抗理想的諧振頻率。由上面的理論分析，選取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四個(gè)點(diǎn)加上之前的a=0．36mm五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析。得到不同a的值對(duì)應(yīng)的S11曲線如圖3所示。圖3不同a的值對(duì)應(yīng)的S11曲線Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11從參數(shù)分析結(jié)果中可以看出，小于－10dB的Ka頻段帶寬基本在27GHz～32GHz之間，小于－10dB的V頻段帶寬在47GHz～49GHz之間，基本上包含了在臨近空間3區(qū)的業(yè)務(wù)頻段。諧振頻率分布不同位置，但總體上隨著a減小，諧振頻點(diǎn)向左移動(dòng)，設(shè)計(jì)要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中間，對(duì)a這個(gè)區(qū)間值優(yōu)化，得到S11結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，設(shè)計(jì)的雙頻口徑耦合微帶天線有30GHz和47．5GHz兩個(gè)諧振頻點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算Ka頻圖4S11優(yōu)化分析結(jié)果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB帶寬為27．5GHz～30．9GHz，帶寬達(dá)到了11．33%，V頻段小于－10dB帶寬為47．1GHz～48．3GHz，帶寬達(dá)到了2．52%，滿足其在臨近空間3區(qū)業(yè)務(wù)的通信頻段需求。其中諧振頻點(diǎn)在30GHz時(shí)的E和H面的增益輻射方向圖如圖5(a)所示，諧振頻點(diǎn)在47．5GHz時(shí)的E和H面的增益輻射方向圖如圖5(b)所示。圖5單元天線諧振頻點(diǎn)輻射方向圖Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由圖5分析知，在30GHz頻點(diǎn)處，天線的方向性明顯，主瓣比較突出，E面和H面均在θ=0°時(shí)達(dá)到最大增益;在47．5GHz諧振頻點(diǎn)處的E面具有輻射全向性，H面輻射全向較好，但

圖2天線單元的S11曲線圖Fig．2TheS11resultofantennaunit小決定耦合到貼片單元能量的比例。減小口徑參數(shù)a的大小，耦合比例減少，諧振的輸入阻抗減校當(dāng)然如果口徑太小，能量沒(méi)有耦合到貼片單元，諧振阻抗也很校所以調(diào)整口徑參數(shù)a可以得到輸入阻抗理想的諧振頻率。由上面的理論分析，選取a=0．38mm、0．37mm、0．35mm、0．34mm四個(gè)點(diǎn)加上之前的a=0．36mm五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析。得到不同a的值對(duì)應(yīng)的S11曲線如圖3所示。圖3不同a的值對(duì)應(yīng)的S11曲線Fig．3ThedifferentvaluesofacorrespondingtodifferentvaluesofS11從參數(shù)分析結(jié)果中可以看出，小于－10dB的Ka頻段帶寬基本在27GHz～32GHz之間，小于－10dB的V頻段帶寬在47GHz～49GHz之間，基本上包含了在臨近空間3區(qū)的業(yè)務(wù)頻段。諧振頻率分布不同位置，但總體上隨著a減小，諧振頻點(diǎn)向左移動(dòng)，設(shè)計(jì)要求的30G/47．5G位于a=0．36mm和a=0．35mm中間，對(duì)a這個(gè)區(qū)間值優(yōu)化，得到S11結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，設(shè)計(jì)的雙頻口徑耦合微帶天線有30GHz和47．5GHz兩個(gè)諧振頻點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算Ka頻圖4S11優(yōu)化分析結(jié)果Fig．4TheresultofS11optimizationanalysis段小于－10dB帶寬為27．5GHz～30．9GHz，帶寬達(dá)到了11．33%，V頻段小于－10dB帶寬為47．1GHz～48．3GHz，帶寬達(dá)到了2．52%，滿足其在臨近空間3區(qū)業(yè)務(wù)的通信頻段需求。其中諧振頻點(diǎn)在30GHz時(shí)的E和H面的增益輻射方向圖如圖5(a)所示，諧振頻點(diǎn)在47．5GHz時(shí)的E和H面的增益輻射方向圖如圖5(b)所示。圖5單元天線諧振頻點(diǎn)輻射方向圖Fig．5TheEandHplaneradiationpatternofantennaunit由圖5分析知，在30GHz頻點(diǎn)處，天線的方向性明顯，主瓣比較突出，E面和H面均在θ=0°時(shí)達(dá)到最大增益;在47．5GHz諧振頻點(diǎn)處的E面具有輻射全向性，H面輻射全向較好，但

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3526171