用于“C/KU波段雙饋源衛星通信 天線(xiàn)副反射面”的FSS設計

1引言

卡塞格倫天線(xiàn)設計靈活，并且能在一套反射面天線(xiàn)中使用兩個(gè)或多個(gè)不同波段的饋源，大大節省了建站開(kāi)支。因此多饋源卡塞格倫天線(xiàn)在微波通信中得到了廣泛的應用。而多饋源卡塞格倫天線(xiàn)的設計的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是用作天線(xiàn)副反射面的FSS設計。隨著(zhù)衛星通信的不斷發(fā)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(shí)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(gè)波段的轉發(fā)器，為衛星通信使用雙饋源卡塞格倫天線(xiàn)，實(shí)現C/KU波段通信的地面站使用同一天線(xiàn)成為可能。在這里，筆者設計了一種雙圓環(huán)單元的雙通帶FSS可用做C/KU波段雙饋源衛星通信天線(xiàn)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(huán)型頻率選擇表面

2設計原理

雙饋源卡塞格倫天線(xiàn)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(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I波段頻率電磁場(chǎng)照射到主反射面后，發(fā)生反射，傳輸到副反射面，此頻率電磁場(chǎng)在該FSS處發(fā)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(chǎng)照射到主反射面后，發(fā)生反射，傳輸到副反射面，此頻率電磁場(chǎng)在該FSS處發(fā)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(xiàn)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(shí)現在C/KU波段同時(shí)工作的雙饋源卡塞格倫天線(xiàn)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。因為FSS設計中可以用平面FSS來(lái)近似曲面FSS[5]，所以這里我們只設計了平面FSS而沒(méi)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(xiàn)副反射面較FSS單元尺寸極大，分析其傳輸反射特性時(shí)我們可近似認為所設計的FSS為無(wú)限大。