臨近空間飛行器作為通信平臺，具有衛(wèi)星通信、飛機(jī)通信和地面通信站無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。某型號通信組件用于地面對臨近空間飛艇數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)半徑150km范圍內(nèi)、高度20km以上高空飛艇的遙控、遙測和視頻圖像數(shù)據(jù)的傳輸，要求具有傳輸速率高、可靠性高等特點(diǎn)。地面站天線作為地面通信組件終端的門戶，具有舉足輕重的作用。

本設(shè)計(jì)分三部分內(nèi)容，首先是天線子陣的設(shè)計(jì)；其次，圓極化特性的實(shí)現(xiàn)；最后，對于天線陣進(jìn)行加工測試，完成天線陣最終設(shè)計(jì)。該天線陣結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、成本低，可作為其它空間通信地面站天線設(shè)計(jì)參考。

1. 天線子陣的設(shè)計(jì)

天線由上下兩層構(gòu)成，每層包括四個(gè)天線子陣，每個(gè)子陣有16個(gè)輻射單元，由一個(gè)1分16功分網(wǎng)絡(luò)給子陣的每個(gè)單元饋電。

天線單元采用印刷振子形式，如圖1.1所示。

圖1.1 單元天線示意圖（虛線部分為介質(zhì)板下層電路）

根據(jù)平板天線經(jīng)典理論[2]，結(jié)合HFSS，優(yōu)化天線參數(shù)，當(dāng)L=54mm，D=18mm，天線單元的仿真VSWR曲線如圖2.2所示。

圖1.2 單元仿真VSWR

由圖1.2可見，該天線單元的阻抗帶寬超過18%（VSWR<1.5）
功分網(wǎng)絡(luò)出口間距即為陣元間距，陣元間距要小于空間波長，以避免柵瓣出現(xiàn)[3] 。功分網(wǎng)絡(luò)如圖1.3所示，其設(shè)計(jì)采用并饋結(jié)構(gòu)，其由若干個(gè)1分2等功分器組成。

圖1.3 功分網(wǎng)絡(luò)仿真模型

圖1.4給出了功分網(wǎng)絡(luò)輸入端口的VSWR仿真曲線，在工作頻段內(nèi)饋電網(wǎng)絡(luò)的VSWR＜1.5。

圖1.4 功分網(wǎng)絡(luò)輸入口VSWR

在獲得具有良好性能的單元天線和功分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一體化仿真設(shè)計(jì)，為了提高天線的增益，根據(jù)鏡像原理[4]，將天線子陣安裝在金屬反射板上，距金屬底板0.25λ，便可獲得天線最高增益，如圖1.5所示。

圖1.5 天線子陣仿真模型

仿真結(jié)果表明：陣元間距為98mm（約為0.72λ），陣元之間互耦效應(yīng)不明顯，彼此基本不影響輻射特性。天線陣駐波與天線陣方向圖如圖1.6、圖1.7所示。

由圖1.6可見，該天線子陣的阻抗帶寬超過14%（VSWR<1.5）；由圖1.7可見， 天線子陣3dB波束寬度為θ方位 × θ俯仰 = 18°×16.8°。