多馈源卡塞格伦天线副反射面FSS新型FSS解析

1 引言
　　由于卡塞格伦天线的设计灵活，并可把天线副反射面设计为频率选择表面（FSS），来实现在一套反射面天线中使用不同频段的两个或多个馈源，从而能使不同频段设备使用同一天线进行通信，这大大降低了多波段通信站的建站成本，因此多馈源卡塞格伦天线在微波通信中得到了广泛的应用。而多馈源卡塞格伦天线设计中的一个关键问题就是用作天线副反射面的FSS的设计。
　　随着卫星通信的不断发展，卫星通信的频段也在不断的增多，其中C波段和KU波段传输信号容量大，大气粒子衰减以及雨衰较小，应用最为广泛。而且，现在很多卫星都拥有这两个波段的转发器，这就为在卫星通信中使用双馈源卡塞格伦天线，实现C/KU波段通信的两个地面站使用同一天线成为可能。
　　但现在使用中的多馈源卡塞格伦天线副反射面多为带阻型FSS，而带阻型FSS的阻带一般较窄，不能满足卫星通信宽频要求。这里必须使用双通带FSS，通常双带通型FSS的主要实现方法有分形法和多个不同FSS单元组合共用法，但他们普遍存在单元结构复杂制作工艺难度大、阻带控制困难等缺点。本文中提出的改进Y孔型结构双通带FSS，单元结构为在传统Y孔臂内加上枝节（如图1）形成类似Y环和Y孔两个谐振腔，而实现双通带。这种FSS的设计简单，易于加工，且具有良好的传输特性和极化特性，对频率低于通带频率的电磁波的反射特性也相当出色。很适合用来设计收/发宽频带、双波段卡塞格伦卫星天线的副反射面。
　　
　　图1 改进Y孔型FSS示意图
　　2 设计原理
　　双馈源卡塞格伦天线设计如图2，主反射面为抛物面，副反射面为双曲面，双曲面的虚焦点与抛物面焦点重合。两个馈源的相位中心分别位于抛物面的焦点和双曲面的实焦点。副反射面为FSS，它可令I波段频率电磁波反射，而传输II波段频率电磁波。当I波段频率电磁波照射到主反射面后，发生反射，传输到副反射面，此频率电磁波在该FSS处发生全反射，根据双曲面的几何特性，电磁波将被传输到I波段馈源；而当II波段频率电磁场照射到主反射面后，发生反射，传输到副反射面，此频率电磁场在该FSS处发生透射，根据抛物面的几何特性，电磁波将被传输到II波段馈源。