12、3U CubeSat天线设计与WGMs在毫米波全向天线中的应用

3U CubeSat天线设计与WGMs在毫米波全向天线中的应用

1. 3U CubeSat高效下行传输天线设计

1.1 天线设计背景与优势

在3U CubeSat的通信系统中，天线设计至关重要。为了在2450 MHz频段实现增益增强，研究人员设计了一种高效的天线。该天线通过卫星外壳的一个小方形部分重新引导后瓣辐射方向图，从而提高了2450 MHz处的天线峰值增益。这个由金属制成的卫星组件被放置在天线电介质下方13.1 mm处，作为金属反射器发挥作用。

与使用超材料的方法相比，该设计的天线在非授权频段（2450 MHz处为9.0 dB）实现了更高的峰值增益，并且体积最小。此外，它适用于所有CubeSat配置，具有很强的通用性。

1.2 平面天线的选择与优势

平面天线是CubeSat上的最佳选择，原因如下：
- 低剖面：不占用过多空间。
- 轻量化：减轻卫星整体重量。
- 低成本：降低研发和制造成本。
- 易于集成：可与其他CubeSat仪器轻松集成。
- 适用于长距离通信：满足卫星与地面的通信需求。

1.3 具体天线设计

研究提出了一种由50 Ω共面波导馈电的小型缝隙天线，用于S波段CubeSat通信。通过优化天线在3U CubeSat上的放置位置，该设计在2450 MHz处实现了增益增强。卫星外壳的小方形部分将反向能量重新导向，改善了2450 MHz附近的性能。具体操作步骤如下：
1. 选择FR4 - 环氧树脂作为电介质材料，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为1.6 mm。这种材料在市场上广泛可用，且在低频段能实现良好性能。