用于“C/KU波段双馈源卫星通信 天线副反射面”的FSS设计

1引言

卡塞格伦天线设计灵活，并且能在一套反射面天线中使用两个或多个不同波段的馈源，大大节省了建站开支。因此多馈源卡塞格伦天线在微波通信中得到了广泛的应用。而多馈源卡塞格伦天线的设计的一个关键问题就是用作天线副反射面的FSS设计。随着卫星通信的不断发展，卫星通信的频段也在不断的增多，其中C波段和KU波段的信号可传输大容量信号，同时大气粒子衰减较小，应用最为广泛，且现在很多卫星都拥有这两个波段的转发器，为卫星通信使用双馈源卡塞格伦天线，实现C/KU波段通信的地面站使用同一天线成为可能。在这里，笔者设计了一种双圆环单元的双通带FSS可用做C/KU波段双馈源卫星通信天线副反射面（如图1）。它可传输C波段卫星通信频率信号，而反射KU波段卫星信号。

图１双圆环型频率选择表面

2设计原理

双馈源卡塞格伦天线设计如图2，主反射面为抛物面，副反射面为双曲面，双曲面的虚焦点与抛物面焦点重合。两个馈源的相位中心分别位于抛物面的焦点和双曲面的实焦点。副反射面为FSS，它可令I波段频率电磁场反射，而传输II波段频率电磁场。当I波段频率电磁场照射到主反射面后，发生反射，传输到副反射面，此频率电磁场在该FSS处发生反射，根据双曲面的几何特性，电磁波将被传输到I波段双馈；而当II波段频率电磁场照射到主反射面后，发生反射，传输到副反射面，此频率电磁场在该FSS处发生透射，根据抛物面的几何特性，电磁波将被传输到II波段双馈。

图2双馈源卡塞格伦天线示意图

我国现阶段卫星通信C波段的常用频率为：上行，5925MHz~6425MHz；下行3700MHz~4200MHz。KU波段的常用频率为上行：14000MHz~14500MHz；下行12200MHz~12500MHz，12500MHz~12750MHz。所以，要实现在C/KU波段同时工作的双馈源卡塞格伦天线就要求其副反射面具有一个工作波段透射，另一个工作波段反射的特性。因为FSS设计中可以用平面FSS来近似曲面FSS[5]，所以这里我们只设计了平面FSS而没有设计双曲面FSS，在这里我们认为所设计的平面FSS传输特性与曲面FSS相同。而由于天线副反射面较FSS单元尺寸极大，分析其传输反射特性时我们可近似认为所设计的FSS为无限大。

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