反射面背射螺旋天线设计VIP免费

第17卷第2期2008年3月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGVo1．17No．259反射面背射螺旋天线设计孙大媛(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要介绍了一种反射面背射螺旋天线，其反射面口径仅有几个波长，通过采用新型背射螺旋天线作馈源，成功解决了小口径反射面天线效率低的难题，实现了高达75的口面效率。该天线体积小、重量轻，已成功应用于嫦娥一号卫星机械转动定向天线。文章对该天线的设计、仿真计算和实测结果进行了综述。关键词反射面天线小口径背射螺旋天线口面效率设计中图分类号：V443．4文献标识码：A文章编号：16738748(2008J02—00590004DesignofReflectorAntennaFedbyBackfireHelixAbstract：Thispaperdescribesareflectorantennafedbyanovelbackfirehelix．Itfeaturesahighapertureefficiencyof75withanaperturediameterofonlyafewwavelengths．ThiscompactandlightweightedantennawithitsdriveassemblyhasbeenusedonCE一1orbitersuccessfully．Thedesigned，simulatedandmeasuredresultsofthisantennaaredescribed．Keywords：reflectorantenna；smallaperture；backfirehelix；apertureefficiency；design1前言近年来，星载数传天线技术的研制和发展较快，越来越受到各国的广泛重视，20世纪80年代以后，国外先进国家的星载数传天线大量采用了带驱动机构的高增益天线，天线作为机构负载，不但要求电性能上满足高增益要求，还要求体积小、重量轻，以利于机械驱动。天线形式一般采用前馈反射面天线，反射面天线选取较小的口面电尺寸，通过提高口面效率达到高增益指标要求，但当口面电尺寸小于7个波长时会因严重的边缘绕射效应而导致口面效率急剧下降，主要原因是严重的边缘绕射效应、馈源遮挡、馈源后瓣干扰、馈源与反射面之间的多次反射等lj]。因此，对于电小尺寸反射面天线为提高辐射效率，选择合适的馈源至关重要。对于以往电小尺寸反射面天线，其馈源形式通常采用带反射杯的对称阵子或采用传统的带接地板的轴向模螺旋天线，馈源自身的反射杯或接地板尺寸较大，置于反射面前方时会对反射的电磁场造成严重遮挡，同时固定馈源的辅助支撑结构也对反射场造成遮挡，使天线效率仅有40～50左右。本文采用了一种新型背射螺旋天线作为馈源，成功解决了小口径反射面天线效率低的难题，实现了高达75的口面效率。该反射面天线已在我国嫦娥一号卫星定向天线上成功应用，电性能指标完全满足任务要求。收稿日期：2006—06—06；修回日期：2007—12-11基金项目：国家重大科技专项_T-程作者简介：孙：k．．q~(1972-)，女，硕士，高级工程师，现从事航天器天线设计工作。nhC000gnBgnn一帆(劳pSongnB维普资讯http://www.cqvip.com6O航天器工程2反射面背射螺旋天线设计2．1设计原则反射面天线是微波频段较常用的一种天线，常用来得到笔形波瓣、扇形波瓣或具有特殊形式的波瓣。工作原理是利用光学中的聚焦特性，即在反射面的焦点位置上，放置一弱方向性的照射器(馈源)，向反射面投射电磁波，用几何光学的观点来说，即是朝反射面发出射线，这些射线再被反射面沿轴向反射出去，从而在轴向得到极强的辐射。星载反射面天线设计一般应遵循以下设计原则：(1)选用正确的电设计参数，保证反射面天线有良好的电性能。(2)进行合理的结构强度设计和工艺设计，保证反射面天线可以承受主动段载荷和热环境试验的考核。(3)反射面天线馈源设计主要考虑以下问题：馈源的方向图应具有旋转对称性，并使辐射能量尽量集中在反射面天线张角范围内，并减小后瓣。馈源的结构设计要保证强度并减少口面遮挡，有利于提高天线效率。馈源在工作频带内应与馈线有良好的匹配，并具有一定的功率容量。2．2设计分析根据嫦娥一号卫星总体要求，反射面天线主要电性能技术指标要求如下。(1)天线工作频段2～2．35GHz；(2)增益±5。范围内增益优于+18dBi(含馈电网络损耗)；(3)极化方式右旋圆极化；(4)电压驻波比≤1．5。天线馈电网络损耗约为ldBi，则要求天线在±5。范围内的增益大于19dBi。考虑到应便于机构驱动，要求卫星天线体积小、重量轻，为此选用前馈反射面天线，反射面天线的设计参数选取如下：焦径比f／d一0．3反...