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1、-范文最新推荐- Ku波段卫星通信抛物面天线的设计 中文摘要本文仿真设计了一种工作于 K u 波段卫星通信抛物面天线，该天线采用馈源前置式单反射面形式。馈源采用矩形喇叭天线，利用先进的三维电磁场仿真软件Ansoft HFSS V.1 3 首先对馈源进行了仿真与优化设计，得到了满足技术指标要求的结构参数。在此基础上，利用 Ansoft HFSS 与 HFSS-IE 协同设计了所要求的抛物面天线。仿真结果表明，所设计的抛物面天线增益大于 3 0 dB 、副瓣低于 -2 0 dB 。 仿真结果与理论计算结果比较吻合，并且满足了技术指标要求。此外，通过整个设计过程以及软件仿真结果也直接证明了 HFSS
2、-IE 计算的准确性以及快速实用性，对于大口径反射面天线的设计具有一定的指导价值。6472关键词 抛物面天线 Ku 波段 喇叭天线 HFSS-IE毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Title Title Title The design of the Ku-band satellite c ommunicationsparabolic antennaAbstract Abstract Abstract AbstractIn this paper, a the design of K u -band satellite communicationsparabolic antenna is
3、 presented, which is based upon the front-fed singlereflector. The source horn antenna is simulated and optimized by using theadvanced 3D electromagnetic field simulation software Ansoft HFSS V.1 3 ,and the ultimate structure parameters are obtained. On this basis, thedesired parabol ic antenna is d
4、esigned cooperant with the HFSS and HFSS-IE.The simulation model is build and analysed effectively. The simulatedresults show that for the designed antenna the gain is greater than 3 0 dB,and the first sidelobe level is less than -2 0 dB.The simulated results agreewell with the numerical ones, which
5、 meet the index requirements.Additionally,the whole design process and the simulated results indicatethat the HFSS-IE is effective and practical,especially for the design of 转播质量高 、 投资少 ， 建设快等一系列的优点 ， 并蕴含着巨大的商机 。 ITU 在 1979年举行的世界无线电会议 ( WARC ) 上规定世界各国的卫星电视广播普遍采用 C 波段（ 3.7 4.2GHz ） 和 Ku 波段 （ 11.7 12.
6、75GHz ） 。 由于 C 波段和地面通信业务共用 ，为避免相互之间的影响 ， 对卫星发射到地面上的信号功率进行了限制 。 为了保证电视图像的质量 ， 通常采用较大口径的抛物面天线 （ 1.8m 3m ） 来保证收的效果 。近几年 ， 电视台的上星节目均使用 Ku 波段 。 Ku 波段频率高 、 频带宽 、 信号容量大 、只 需较小口径 （ 0. 3 m 1.2m ） 的抛物面接收天线就能获得满意的图像质量 ， 从而可有效的降低接收成本，方便个体接收。抛物反射面天线是最经典 , 用的最多的一种形式 。 它是一种主瓣窄 、 副瓣低 、增益高的微波天线 , 广泛应用于雷达、卫星通信、微波中继通信
7、以及射电天文等领域中 。1.1.1.1. 2 2 2 2 研究背景及意义 研究背景及意义 研究背景及意义 研究背景及意义20 世纪 90 年代初 ， 由于数字压缩技术取得突破性进展 ， 以生产商用通信卫星著称的休斯电子公司迅速将这一新技术与传统通信卫星相结合，筹资 10 亿美元 ，于 1993 年 12 月研制并组建了世界上第一个采用数字压缩技术的电视直播卫星系统 ， 首次实现了用一颗 Ku 波段大功率卫星将上百套卫视节目向装有 0 45m 口径接收天线的家庭直播电视的梦想 。 同时 ， 由于该系统采用加密和扰频等技术 ， 建立了预付费 、 有条件接收的用户管理系统 ， 首次实现了有偿服务的商
8、业化操作和管理模式，使卫星电视直播业务步入了能与有线电视竞争的产业化、商业化轨道 ， 照规划， 2007 年 “ 中星 9 号 ” 卫星的顺利升空，标志着中国的卫星直播电视已经进入了全面发展阶段 。 卫星电视接收天线 ， 作为数字卫星电视直播业务的核心部件之一 ， 其必然拥有广阔的市场前景 。 而高频头将接收卫星发射出来的射频信号 ，它的好坏与否将直接左右卫星电视接收天线的性能 ， 并影响到用户最终所接收电视节目的画面质量 。 本文的工作就是研究设计高频头的前端接收天线 ， 实现对小口径 Ku 波段卫星通信 抛物面天线的良好照射 14.1.3 1.3 1.3 1.3 研
9、究研究研究研究 概况概况概况概况近年来，关于数字卫星电视直播业务的研究，可概括为如下特点：1.3.1 工作频率逐渐升高从卫星电视接收天线所使用的频率上来说，过去，大部分商业通信卫星广泛使用的是 c 波段，即上行频谱 5 . 9254 - 6 . 425GHz 和下行频谱 3 . 7 4 . 2G Hz ，上行、下行各 500MHz 带宽。由于 C 波段也用于地面上的微波通信，故它已变得越来越拥挤。目前，所使用的频谱正在向 12GHz 的 Ku 波段发展， 卫星天线中 ku 波段高频分成三个频段 ！ 第一 9 . 75 GHz 本振接收频率为 10 . 7-11 . 70 GHz 这个频段俄罗斯
10、等欧洲卫星较多使用 。 第二 10 . 7 5GHz （ 10 . 6 GHz ) 本振接收频率为 11 . 7-12 . 2 GHz （ 还有一种宽频的接收频率为 11 . 7-12 . 75 GHz ）这种现在接收中星九号普遍使用。第三 11 . 3 GHz （ 11 . 25 - 12 GHz ）本振接收频率为 12 . 25-12 . 75 GHz 这种是最为常见的一种一般亚洲卫星较多采用这种频率 , 这种为 上行频谱为 14 . 0 - 14 . 5GHz ，下行频本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 41 页谱为 12 . 25 - 12 . 75GHz 。 由于较低频段的频
11、谱资源有限 ， 伴随着技术的进一步成熟 ， 设计出要求喇叭馈源尺寸，用 HFSS 13 仿真方向图，幅度图和相位图。2 ） 找出喇叭天线的等效相位中心。3 ） 设计 Ku 波段的抛物面天线的尺寸以及计算它的远场处的方向图本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 41 页2 2 2 2 喇叭天线 喇叭天线 喇叭天线 喇叭天线2.1 2.1 2.1 2.1 天线的主要参数 天线的主要参数 天线的主要参数 天线的主要参数时变的电流和被加速的电荷都可以产生辐射 ， 辐射产生的电磁能量能够在空间中传播 。 天线能够定向辐射和接收电磁波能量 。 天线按照工作性质可以分为发射天线和接收天线 ； 按照用途可
12、以分为通信天线 、 雷达天线 、 广播天线和电视天线等 ； 按照波段可以分为长波天线 、 中波天线和短波天线等 。 一般常见的天线结构为线天线、环天线、面天线、喇叭天线、介质天线、微带天线和裂缝天线等 。为了实现特定的工程任务，天线经常也组成天线阵列。2.1.1 方向图天线的空间辐射在不同方向是不同的，可以用方向性函数 ( , ) f θ 来描述。根据方向性函数绘制的天线辐射 （ 或接收 ） 场强 - 振幅 - 方向三维特性的图形简称为方向图。工程也常采用两个互相正交主平面上的剖面图来描述天线的方向性 ，一般为俯视图和水平面方向图。绘制某一平面的方向图时，可以采用极坐标方式。方向图
13、一般呈花瓣状 ， 所以也称为波瓣图，其中最大的波瓣称为主瓣，其余的称为副瓣或旁瓣。方向图主瓣上两个半功率电平点之间的夹角称为主瓣宽度或半功率波束宽度。电场最大值 E max 所在的波瓣称为主瓣。在 E max 的两边，电场下降到最大值2 / 2 时 ， 对应功率为最大方向的一半 ， 这两个辐射方向之间的夹角即为主瓣宽 称为水平极化波 。 由于电波的特性 ， 决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流 ， 极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减 ， 保证了信号的有效传播 。 因此 ， 在移动通信系统中 ，
14、 一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，现在大量采用双极化天线。就其设计思路而言 ，一般分为垂直与水平极化和 ± 45 极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是 ± 45 ° 极化方式 。 双极化天线组合了 +45 ° 和 -45 ° 两副极化方向相互正交的天线 ， 并同时工作在收发双工模式下 ， 大大节省了每个小区的天线数量；同时由于 ± 45 ° 为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果 。 （其极化分集增益约为 5dB ，比单极化天线提高约 2dB 。 ）2.1.5 带宽每个天线
15、都有其中心工作频率 ， 在偏离中心工作频率 ， 天线的某些电性能将会下降 ， 电性能下降到容许值的频率范围 ， 就称为天线的带宽 。 这里所关心的电性能可以是输入阻抗，也可以是增益等。天线带宽的表示方法有两种 ： 一种是绝对带宽 ， 是指天线实际工作的频率范本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 41 页围，另一种是相对带宽，是绝对带宽与中心频率之比。2.2.2.2. 2 2 2 2 矩形波导及其辐射器 矩形波导及其辐射器 矩形波导及其辐射器 矩形波导及其辐射器2.1 .1 矩形波导的结构与尺寸矩形波导如图 2.1 所示 ， 其内传输主模 （ TE 10 或 H l0 ） ， 波导尺寸应满足下( 2 -1)若考虑到损耗要小， b 应当小；但若考虑到传输功率要大， b 又应当大。综 合 15 / 15