星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線設計
電子技術應用
隋濤，邢斯瑞，金宇婷，安向東
長光衛星技術股份有限公司
摘要： 針對某衛星X波段通信數據轉發系統的要求，設計了一種新型星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線。天線單元采用微帶形式，整體能量饋入方式為底部饋電，采用縫隙耦合饋電方式以實現寬頻帶，采用3 dB定向耦合器實現兩信號間相位差來滿足雙圓極化。陣列天線由24個天線單元按4×6矩形排列，每4個單元為一組進行旋轉排布。通過電磁仿真軟件分析可得：陣列天線在8 GHz~8.4 GHz工作頻帶內，中心頻點8.2 GHz處增益為17.9 dBi，軸比為0.06 dB。該天線實現了寬頻帶、雙圓極化等性能指標，對X波段無線通信系統設計有一定指導意義。
中圖分類號：TN82 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245533
中文引用格式： 隋濤，邢斯瑞，金宇婷，等. 星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線設計[J]. 電子技術應用，2025，51(3)：85-89.
英文引用格式： Sui Tao，Xing Sirui，Jin Yuting，et al. Design of X-band wideband dual circularly polarized microstrip array antenna for satellite communication system[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：85-89.
中文引用格式： 隋濤，邢斯瑞，金宇婷，等. 星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線設計[J]. 電子技術應用，2025，51(3)：85-89.
英文引用格式： Sui Tao，Xing Sirui，Jin Yuting，et al. Design of X-band wideband dual circularly polarized microstrip array antenna for satellite communication system[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：85-89.
Design of X-band wideband dual circularly polarized microstrip array antenna for satellite communication system
Sui Tao，Xing Sirui，Jin Yuting，An Xiangdong
Chang Guang Satellite Technology Co.， Ltd.
Abstract： A novel X-band wideband dual-circularly polarized microstrip array antenna is designed to meet the requirements of a satellite X-band communication data forwarding system. The antenna unit adopts microstrip form, the overall energy feed mode is bottom feed, the slot-coupling feed mode is adopted to achieve wide band, and the 3 dB directional coupler is adopted to realize the phase difference between the two signals to meet the dual circularly polarization. The array antenna consists of 24 antenna units arranged in a 4×6 rectangle, each of which is rotated in a group of 4 units. Through the analysis of electromagnetic simulation software, it can be obtained that the array antenna has a gain of 17.9 dBi and an axis ratio of 0.06 dB at the center frequency of 8.2 GHz in the operating frequency band of 8 GHz~8.4 GHz. The antenna achieves the performance indexes such as wide band and double circularly polarization, and has certain guiding significance for the design of X-band wireless communication system.
Key words : microstrip array antenna；wide band；dual circularly polarized；slot-coupled feed
引言
隨著科技的不斷發展進步和低軌衛星互聯架構的提出[1-3]通信衛星正在飛速發展，設計出可滿足衛星無線通信系統需求且具備優良性能的天線顯得格外關鍵[4-7]。本文依托吉林一號衛星網絡，提出了一款星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線，用于完成衛星信號無線傳輸的任務。
微帶天線與其他天線相比，具有低剖面、結構緊湊、一致性好、適合批量生產等優點[8]。在微帶天線中如何實現寬頻段圓極化，前人已經做了大量工作，比如文獻[9]中設計了一種新型的雙極化天線單元和陣列，對傳統對稱縫隙耦合饋電結構進行改進，采用寄生貼片結構以擴展工作頻帶，并在兩個極化端口引入錯位倒相饋電技術，降低了陣列天線的交叉計劃電平；文獻[10]中設計了一種中間為空氣層的H型縫隙耦合饋電結構的圓極化微帶天線單元，并在此基礎上設計了8單元直線陣，通過饋電網絡前段的級聯分支線耦合器來實現圓極化；文獻[11]中設計了一種以雙極化縫隙耦合微帶天線為單元，應用在3.4 GHz~3.6 GHz頻段的微帶天線，具有低副瓣電平、高隔離度和低交叉極化電平的特點。但上述天線多層介質板間普遍采用空氣層架高來實現較高增益，而針對衛星平臺來講這種懸空的結構狀態存在結構穩定性不牢固的風險，在衛星無線系統設計中需要規避。
本文設計了一款24陣元的星載X波段寬帶雙圓極化微帶陣列天線。天線采用縫隙耦合饋電設計以展寬頻帶，采用3 dB定向耦合器實現饋電網絡相位差以滿足雙圓極化設計，天線整體具備良好性能。在后續吉林一號衛星組網階段，此天線可為數據傳輸系統提供無線保障。
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作者信息：
隋濤，邢斯瑞，金宇婷，安向東
（長光衛星技術股份有限公司，吉林 長春 130000）
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