用于“C/KU波段雙饋源衛(wèi)星通信 天線副反射面”的FSS設(shè)計(jì)

1引言

卡塞格倫天線設(shè)計(jì)靈活，并且能在一套反射面天線中使用兩個(gè)或多個(gè)不同波段的饋源，大大節(jié)省了建站開(kāi)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(yīng)用。而多饋源卡塞格倫天線的設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是用作天線副反射面的FSS設(shè)計(jì)。隨著衛(wèi)星通信的不斷發(fā)展，衛(wèi)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(hào)可傳輸大容量信號(hào)，同時(shí)大氣粒子衰減較小，應(yīng)用最為廣泛，且現(xiàn)在很多衛(wèi)星都擁有這兩個(gè)波段的轉(zhuǎn)發(fā)器，為衛(wèi)星通信使用雙饋源卡塞格倫天線，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)了一種雙圓環(huán)單元的雙通帶FSS可用做C/KU波段雙饋源衛(wèi)星通信天線副反射面（如圖1）。它可傳輸C波段衛(wèi)星通信頻率信號(hào)，而反射KU波段衛(wèi)星信號(hào)。

圖１雙圓環(huán)型頻率選擇表面

2設(shè)計(jì)原理

雙饋源卡塞格倫天線設(shè)計(jì)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(diǎn)與拋物面焦點(diǎn)重合。兩個(gè)饋源的相位中心分別位于拋物面的焦點(diǎn)和雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)。副反射面為FSS，它可令I(lǐng)波段頻率電磁場(chǎng)反射，而傳輸II波段頻率電磁場(chǎng)。當(dāng)I波段頻率電磁場(chǎng)照射到主反射面后，發(fā)生反射，傳輸?shù)礁狈瓷涿妫祟l率電磁場(chǎng)在該FSS處發(fā)生反射，根據(jù)雙曲面的幾何特性，電磁波將被傳輸?shù)絀波段雙饋；而當(dāng)II波段頻率電磁場(chǎng)照射到主反射面后，發(fā)生反射，傳輸?shù)礁狈瓷涿妫祟l率電磁場(chǎng)在該FSS處發(fā)生透射，根據(jù)拋物面的幾何特性，電磁波將被傳輸?shù)絀I波段雙饋。

圖2雙饋源卡塞格倫天線示意圖

我國(guó)現(xiàn)階段衛(wèi)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(shí)現(xiàn)在C/KU波段同時(shí)工作的雙饋源卡塞格倫天線就要求其副反射面具有一個(gè)工作波段透射，另一個(gè)工作波段反射的特性。因?yàn)镕SS設(shè)計(jì)中可以用平面FSS來(lái)近似曲面FSS[5]，所以這里我們只設(shè)計(jì)了平面FSS而沒(méi)有設(shè)計(jì)雙曲面FSS，在這里我們認(rèn)為所設(shè)計(jì)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(shí)我們可近似認(rèn)為所設(shè)計(jì)的FSS為無(wú)限大。