用于“C/KU波段雙饋源衛星通信 天線副反射面”的FSS設計

1引言

卡塞格倫天線設計靈活，并且能在一套反射面天線中使用兩個或多個不同波段的饋源，大大節省了建站開支。因此多饋源卡塞格倫天線在微波通信中得到了廣泛的應用。而多饋源卡塞格倫天線的設計的一個關鍵問題就是用作天線副反射面的FSS設計。隨著衛星通信的不斷發展，衛星通信的頻段也在不斷的增多，其中C波段和KU波段的信號可傳輸大容量信號，同時大氣粒子衰減較小，應用最為廣泛，且現在很多衛星都擁有這兩個波段的轉發器，為衛星通信使用雙饋源卡塞格倫天線，實現C/KU波段通信的地面站使用同一天線成為可能。在這里，筆者設計了一種雙圓環單元的雙通帶FSS可用做C/KU波段雙饋源衛星通信天線副反射面（如圖1）。它可傳輸C波段衛星通信頻率信號，而反射KU波段衛星信號。

圖１雙圓環型頻率選擇表面

2設計原理

雙饋源卡塞格倫天線設計如圖2，主反射面為拋物面，副反射面為雙曲面，雙曲面的虛焦點與拋物面焦點重合。兩個饋源的相位中心分別位于拋物面的焦點和雙曲面的實焦點。副反射面為FSS，它可令I波段頻率電磁場反射，而傳輸II波段頻率電磁場。當I波段頻率電磁場照射到主反射面后，發生反射，傳輸到副反射面，此頻率電磁場在該FSS處發生反射，根據雙曲面的幾何特性，電磁波將被傳輸到I波段雙饋；而當II波段頻率電磁場照射到主反射面后，發生反射，傳輸到副反射面，此頻率電磁場在該FSS處發生透射，根據拋物面的幾何特性，電磁波將被傳輸到II波段雙饋。

圖2雙饋源卡塞格倫天線示意圖

我國現階段衛星通信C波段的常用頻率為：上行，5925MHz~6425MHz；下行3700MHz~4200MHz。KU波段的常用頻率為上行：14000MHz~14500MHz；下行12200MHz~12500MHz，12500MHz~12750MHz。所以，要實現在C/KU波段同時工作的雙饋源卡塞格倫天線就要求其副反射面具有一個工作波段透射，另一個工作波段反射的特性。因為FSS設計中可以用平面FSS來近似曲面FSS[5]，所以這里我們只設計了平面FSS而沒有設計雙曲面FSS，在這里我們認為所設計的平面FSS傳輸特性與曲面FSS相同。而由于天線副反射面較FSS單元尺寸極大，分析其傳輸反射特性時我們可近似認為所設計的FSS為無限大。