1导言
因为卡塞格伦天线的规划灵敏，并可把天线副反射面规划为频率挑选外表(FSS)，来完成在一套反射面天线中运用不同频段的两个或多个馈源，然后能使不同频段设备运用同一天线进行通讯，这大大降低了多波段通讯站的建站本钱，因而多馈源卡塞格伦天线在微波通讯中得到了广泛的运用。而多馈源卡塞格伦天线规划中的一个关键问题便是用作天线副反射面的FSS的规划。
跟着卫星通讯的不断发展，卫星通讯的频段也在不断的增多，其间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，运用最为广泛。并且，现在许多卫星都具有这两个波段的转发器，这就为在卫星通讯中运用双馈源卡塞格伦天线，完成C/KU波段通讯的两个地面站运用同一天线成为可能。
但现在运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，不能满意卫星通讯宽频要求。这儿有必要运用双通带FSS，一般双带通型FSS的首要完成办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杂乱制造工艺难度大、阻带操控困难等缺陷。本文中提出的改善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）构成相似Y环和Y孔两个谐振腔，而完成双通带。这种FSS的规划简略，易于加工，且具有杰出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恰当超卓。很合适用来规划收/发宽频带、双波段卡塞格伦卫星天线的副反射面。
图1改善Y孔型FSS示意图
2规划原理
双馈源卡塞格伦天线规划如图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别离坐落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，依据双曲面的几许特性，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，依据抛物面的几许特性，电磁波将被传输到II波段馈源。
图2双馈源卡塞格伦天线示意图
我国现阶段卫星通讯C波段的常用频率为：上行，5925MHz~6425MHz；下行3700MHz~4200MHz。KU波段的常用频率为上行：14000MHz~14500MHz；下行12200MHz~12750MHz。所以，要使双馈源卡塞格伦天线在C波段和KU波段一起作业，就要求其副反射面具有一个作业波段透射，另一个作业波段反射的特性。本文提出的可用于规划C/KU波段卫星通讯天线副反射面的FSS为改善Y孔型单元双通带频率挑选外表,它别离在卫星通讯KU波段上行和下行频率处构成两个通带，而在C波段处构成阻带以反射此作业频率电磁波。
3FSS规划剖析
因为FSS规划中能够用平面FSS来近似曲面FSS，所以这儿咱们只规划了平面FSS，且咱们以为所规划的平面FSS的电磁波传输特性与曲面FSS相同。而因为天线副反射面较FSS单元尺度极大，剖析其传输反射特性时咱们可近似以为所规划的FSS为无限大。
如图3，所规划的FSS单元形状为在传统Y孔单元的每个臂上参加1个支节，构成相似Y环和Y孔两个谐振腔,来完成对不同频率电磁波的双带通。
图3改善Y孔型FSS单元示意图
这种FSS的第一个谐振点为Y孔型FSS加枝节后走成的近似Y环型的FSS谐振腔，其传输特性与Y环型的FSS传输特性相似，在Y孔尺度确认后，谐振频率和通带带宽首要由枝节长度（L2）决议。而第二个谐振点为Y孔型FSS谐振腔发生，谐振频率首要由Y孔的臂长决议。当枝节长度（L2）增加时，第一个谐振点显着向低频方向移动，而第二个谐振点改变很小。所以这儿在规划该FSS时，最重要的便是确认其枝节的长度。首要可依据Y孔单元FSS谐振特性：谐振波长与4倍臂长（4×L1）成正比，谐振频率与（εr+1）^1/2成正比，（εr为介质介电常数），确认Y孔型FSS的尺度和介质资料；然后依据所需求的第一个通带频率确认枝节长度（L2）。恰当调理枝节的宽度（W2）也会影响第一个谐振通带的谐振点和通带带宽，这儿能够恰当减小贴片的宽度以获得第一个较宽的通带。
因为一切相似Y型单元的FSS极化特性都不是很好，但经过将单元旋转，可增强频率稳定性，相同咱们在这儿也把这种改善Y孔型单元旋转15度，以使它在TE和TM模电磁波入射时得到较为共同的传输和反射特性。
选用根据矩量法（MOM）的仿真软件DESIGNER对所规划的频率挑选外表进行剖析核算。经过重复比较和参数优化，确认该FSS的单元尺度为：L1=4.3mm，L2=3.8mm，W1=0.9mm，W2=0.3mm，介质介电常数εr=2.65层厚度D=1mm。单元为正方形摆放，单元距离为A=7.9mm。
图4，图5给出了这种频率挑选外表在KU波段TE和TM模电磁波笔直入射时的传输系数，以及在C波段卫星通讯频率下电磁波的反射系数曲线。
图4KU波段卫星频率传输曲线
图5C波段卫星频率反射系数曲线图
可见，在KU波段的常用上行频率14000MHz~14500MHz处的传输损耗（即天线发射时电磁波经过副反射面的传输损耗）在于－1.04dB与－0.94dB之间，下行频率12200MHz~12750MHz处的传输损耗（即天线接纳时电磁波经过副反射面的传输损耗）介于－0.86dB与－0.27dB之间，C波段的常用频率电磁场的反射衰减均小于-0.16dB。并且，从图中咱们能够看到，该FSS不论是在KU波段卫星通讯频率的传输，仍是在C波段卫星通讯频率的反射，对TE模和TM模电磁波的传输/反射衰减都根本相同，具有杰出的极化特性。
虽然在KU波段上行作业频率上传输衰减较大，超过了-1dB但在这个频段内传输系数改变很小，这完全能够稍稍加大该频率信号的发射功率来处理。
4结束语
以往人们在规划多馈源卡塞格伦天线副反射面FSS时，常用带阻型FSS。但因为卫星通讯频带很宽，简略带阻型FSS很难满意要求，在这儿提出了一种具有杰出极化特性，单元结构简略的双通带型FSS很好的处理了这一问题。因为在FSS规划进程为了获得较好的极化特性，将其每个单元旋转了15度角，这对FSS的通带功能带来了必定的影响，首要是增大了第二个通带频率内的电磁波传输衰减。假如所规划的天线用在收发选用线极化阻隔的情况下，能够不必旋转单元，仍然选用正方形摆放（如图6），则两个通带中一个会在TE极化下具有杰出的传输系数，而另一个在TM极化下具有杰出的传输系数。且两个通带衰减都比单元旋转后的FSS小。
(a)单元旋转FSS(b)单元未旋转FSS
图6两种单元摆放FSS示意图
