Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2022
Идентификатор DOI: 10.32603/1993-8985-2022-25-5-18-31
Ключевые слова: reflectarray, Dual-band antenna, microstrip element, circular polarization, Q-band, отражательная антенная решетка, двухдиапазонная антенна, микрополосковый элемент, круговая поляризация, Q-диапазон
Аннотация: Введение. Для организации дуплексной спутниковой связи, как правило, используются два разнесенных диапазона частот: один - для приема, второй - для передачи сигнала на спутник. Основной задачей антенной системы спутника связи является обеспечение идентичной зоны покрытия во всех задействованных диапазонах частот, что зачастую затруПоказать полностьюднительно с использованием традиционных параболических зеркальных антенн. Отражательные антенные решетки (ОАР) позволяют осуществлять независимое управление фазой переизлученной волны в разнесенных диапазонах частот, что может быть использовано для создания эффективных многодиапазонных антенных систем современной спутниковой связи.Цель работы. Разработка фазокорректирующего элемента Ka/Q-диапазонов частот и создание на его основе двухдиапазонной ОАР для работы с ортогональными круговыми поляризациями, обладающей идентичными коэффициентами усиления (КУ) в заданном секторе углов в значительно разнесенных диапазонах частот.Материалы и методы. Численные исследования проведены методом конечных элементов. Характеристики направленности измерялись методом сканирования в ближнем поле антенны.Результаты. Разработан однослойный двухдиапазонный фазокорректирующий элемент ОАР для работы с ортогональными круговыми поляризациями с малыми потерями и слабой зависимостью фазовой характеристики от взаимного расположения элементов. На основе предложенного элемента синтезирована и изготовлена ОАР, состоящая из 24 465 двухчастотных элементов. Разработанный макет однослойной двухдиапазонной ОАР продемонстрировал хорошую эффективность, коэффициент использования поверхности достигает 56 и 36 %, соответственно, в Ka- и Q-диапазонах частот при практически идентичном минимальном КУ в секторе углов ±0.75°.Заключение. Результаты исследований показывают возможность ОАР с успехом замещать традиционные параболические рефлекторы как на современных спутниках связи, так и в составе наземных спутниковых терминалов в миллиметровом диапазоне длин волн. Introduction. Duplex satellite communication is commonly arranged using two spaced frequency bands, with one band receiving and the other band transmitting signals to a satellite. The main task of a communications satellite antenna system consists in providing an identical coverage area across all involved frequency bands, which is often a challenging task for conventional parabolic reflector antennas. Reflectarrays allow an independent control of the reradiated wave phase in spaced frequency bands, which can be used to create efficient multi-band antenna systems for modern communication satellites.Aim. To develop a Ka/Q-frequency range phase-correcting element and to create on its basis a dual-band reflectarray for operation with orthogonal circular polarizations and identical gains in a given sector of angles in significantly spaced frequency ranges.Materials and methods. Numerical studies were carried out using the finite element analysis method. Radiation patterns were measured using the near field scanning method.Results. A single-layer dual-band phase-correcting reflectarray element was developed for operation with orthogonal circular polarizations with low losses and a weak dependence of the relative position of the elements on the phase characteristic. On the basis of the proposed element, a reflectarray consisting of 24 465 two-frequency elements was synthesized and manufactured. The developed prototype of a single-layer dual-band reflectarray demonstrated good characteristics, with the efficiency reaching 56 and 36 % in the Ka- and Q-frequency ranges, respectively, and an almost identical minimum gain in the ±0.75° angle sector.Conclusion. The research results confirm the potential of the developed reflectarray to successfully replace conventional parabolic reflectors installed both on modern communication satellites and as part of ground-based satellite terminals in the millimeter wavelength range.
Журнал: Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Выпуск журнала: Т. 25, № 5
Номера страниц: 18-31
ISSN журнала: 19938985
Место издания: Санкт-Петербург
Издатель: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)