【摘 要】
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双工天线的结构紧凑、效率高,可减少无线通信设备的体积和重量,在小型一体化无线通信设备中具有重要的应用需求。卫星天线的馈源大多数都要求双工、宽频带、轻量化和紧凑性等特性,而在卫星反射面天线中,常见的VSAT,它是英文“Very Small Aperture Terminal”（甚小口径终端）的缩写,简称小站,是指一类具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。传统方式设计的VSAT馈源往往不具备双工、
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双工天线的结构紧凑、效率高,可减少无线通信设备的体积和重量,在小型一体化无线通信设备中具有重要的应用需求。卫星天线的馈源大多数都要求双工、宽频带、轻量化和紧凑性等特性,而在卫星反射面天线中,常见的VSAT,它是英文“Very Small Aperture Terminal”（甚小口径终端）的缩写,简称小站,是指一类具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。传统方式设计的VSAT馈源往往不具备双工、紧凑等特点,为了达到这类特定的需求,通常会在馈源以外增加双工器等器件,这会造成通信设备体积和成本的增加,也会带来损耗大、匹配难的问题。因此,在反射面天线中,如何设计出合理的馈源,能够实现通信设备的小型化与集成化,降低通信设备的体积和成本就是本文的设计重点。本文针对反射面天线馈源进行逐步设计,完成了以下三个工作:一、设计一款基于E面分裂波导的双工角锥喇叭天线,验证了该方案作为反射面天线馈源的可行性。作为反射面天线的馈源,由于需要产生宽波束,且减少对反射面的遮挡影响,因此设计的时候采用小口径喇叭。与传统方式设计的环焦反射面天线馈源相比,在原来单纯用来传递信号的空心波导中集成双工器,在波导E面分裂出两路信号来实现双工器与馈源喇叭的一体化设计,这样的馈源设计方案应用到环焦反射面天线中就不在需要额外的双工器件,整体上可减少体积和重量,也能解决损耗大和匹配难的问题。馈源中双工器的通道滤波器采用3阶等波纹型滤波器,其中的K变换器采用波导中的插入电感膜片的方法实现,谐振单元采用半波长矩形波导实现。仿真和实测的结果吻合良好,结果显示设计的频分双工滤波馈源实现了端口间的高隔离,在接收信道端口间隔离度大于43d B,在发射信道端口隔离大于45d B。在发射和接收信道回波损耗优于10d B。接收端口增益最高8.75d Bi,发射端口增益最高9.5d Bi。二、设计一款应用于环焦反射面天线的同极化双工喇叭馈源。在验证E面分裂波导双工角锥喇叭天线作为反射面天线馈源是实际可行之后,在提高隔离度的同时,将设计出来的同极化双工喇叭馈源实际应用到环焦反射面天线中。采用同样的E面分裂波导双工结构与反射面天线的馈源集成设计,通过增加双工器的滤波器阶数,从而增加馈源的长度,该馈源不仅可对环焦反射面天线的副反射面起到长短可调的支撑作用,而且可以将收发信号分离达到高隔离的作用,以此来实现通信设备的小型化与集成化,降低通信设备的成本。馈源在接收通道隔离超过84d B、增益达10.3d Bi,在发射通道隔离超过75d B、增益达12.9d Bi。整个反射面天线接收通道增益可达34.75d Bi、发射通道增益可达36.45d Bi。三、设计一款应用于环焦反射面天线的双圆极化双工喇叭馈源。在E面分裂波导双工器的分裂处采用阶梯式渐变膜片来实现线极化转圆极化,使得波导中的TE10模和TE01模的大小相等,相位差90°,最终优化设计出一款双工圆极化反射面天线。馈源在接收通道隔离超过72d B、增益达10.8d Bi、轴比低于3d B,在发射通道隔离超过68d B、增益达12.5d Bi、轴比低于3d B。整个反射面天线接收通道增益可达34.6d Bi、发射通道增益可达36.48d Bi。通过对上述三款双工滤波馈源的理论原理的设计思路进行了系统的研究,深入透彻的理解了环焦反射面天线一体化馈源的设计理论和基础知识,设计出了适用于反射面天线的一体化双工馈源,同时实现了反射面天线馈源的双工滤波作用和对副反射面的自支撑作用。
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