天线要求 - GPS/WLAN信号同时接收的天线设计

除了“常规”的天线要求之外，卫星有效载荷在发射前的地面测试中，还需要一个通道来测试卫星上部机舱内的通信链路，并且在不向上部机舱辐射的条件下，提供与卫星有效载荷的通信。最终，要求天线在非常靠近卫星的各种其它子系统的条件下有效地工作，包括太阳能电池阵列板。为了提供一种方法，使天线不往上部机舱中辐射，而又提供一个与天线通信的通道，需要一些特殊的考虑。考虑过使用波导的方法，但是结构上却无法实现。对各种天线盒和天线帽进行EM仿真以确定截止特性和热点，最终开发出一种将滤波器和天线结合在一起的设计方案，称作为“滤波天线”。

　　

 

　　这种新设计的部分难点在于腔内或波导中存在天线谐振。在经历了一些不成功的实验之后，将滤波器理论和天线理论结合在一起，并对耦合谐振器模型进行仔细优化，用来设计滤波天线。该设计包括一个类似盖子的天线帽，其对滤波损耗的影响最小(图8)，增加这个帽只是为了测试(在卫星应用中并不需要)。EM仿真结果显示，谐振点的位置非常敏感，其位置随着所加天线帽的位置而变化，特别是低端谐振点。回波损耗和插入损耗的仿真结果如图9所示，而图10则显示了测试出来的双端口插入损耗(上半部分)和双端口回波损耗(下半部分)。除了实验室中为了改进低边带的回波损耗而进行的某些调节后的测量之外，仿真数据和测量数据极其一致。图11显示了滤波天线的仿真EM场的侧视图，以及端口间的耦合机制。

　　

 

　　

 

　　本设计还适用于另外两个用途，一个是作为双频Wi-Fi天线，适用于目前正处热点的频率为2.4 GHz和5 GHz的IEEE 802.11a/b/g WLAN，另一个则适用于双频GPS。图12显示了Wi-Fi天线的仿真结果，图中显示了线性极化设计的高增益，但是该设计要求在低端增加带宽，以满足2.4 GHz的IEEE 802.11g的要求。而双频GPS天线的仿真性能与测试数据一致，在此没有给出。

　　

 

　　

 

　　设计中还包括退化振荡模结构的设计，这种设计支持两种非常接近且具有90度相移的模。实际上，整个天线设计都是根据这一设计来优化的。即便是天线在幅度特性和相位特性检验完成型之后，为了能够映射天线的场，它仍然是有用的。通过以光学方式映射场向量并将其与仿真结果进行比较，则将使得调整各次模的相位变为可能。这种工具会进一步减少天线工程设计中的推测工作。这种设计工具目前已经可以得到，但迄今为止，对于实际设计而言成本仍然过高。