Smith, Thomas Gunst

I nærværende afhandling beskrives studiet af hybridantenner til en maritim satellitkommunikationsterminal med samtidig anvendelse i L- og Ka-bånd. De speci-fikke frekvensbånd er 1:525; 0 1; 660:5 MHz (RX+TX, RHCP), 19; 7 20; 2 (RX, LHCP) og 29; 5 30; 0 GHz (TX, RHCP), som alle er del af Inmarsat BGANsamt Inmarsat GX-systemet. Resultaterne af dette studie er tre antennekoncepter, der viser høj ydelse ved både L- og Ka-bånd.En kombineret enkelt/dobbelt-reflektorantenne udvikles, hvor der demonstreres en fordelagtig måde at kombinere fødeantenner til adskilte frekvenser. Denne antenne muliggør brug af en konventionel horn-fødet dobbelt-reflektorantenne ved Ka-bånd, mens en bagudstrålende helixantenne anvendes i en enkelt-reflektorantenne ved L-bånd. Simuleringer viser fortrinelig ydelse for den L-bånds bagudstrålende helixantenne-fødte enkeltreflektor, da hele antenneaperturen udnyttes. Ka-bånds dobbelt-reflektorantennen er naturligt en høj-forstærkning og lav-tabs antenne, og undersøgelser viser begrænset indflydelse af den L-bånds bagudstrålende helixantenne. Derved udgør denne kombinerede enkelt/dobbelt-reflektorantenne et lovende løsningsforslag til en hybrid L- og Ka-bånds antenne.Nye hybrid-antenner der anvender frekvensselektive flader (FSSer) udvikles således, at en L-bånds antenne kan placeres bagved og transmittere igennem en Ka-bånds antenne. En plan periodisk FSS, der virker reflekterende ved både 20 og 30 GHz, mens den er gennemsigtig ved L-bånd, designes og analyseres numerisk. FSSen anvendes i en paraboloide-formet FSS-reflektorantenne, der undersøges ved brug af integralligningsmetoder, og antennen fremviser ydelse, der er sammenlignelig med konventionelle reflektorantenner. En plan FSS-prototype fremstilles og måles med særligt henblik på påvirkningen af en L-bånds antenne, der stråler gennem FSSen. Af disse undersøgelser konkluderes det, at FSSantennekonceptet er velegnet til en hybrid L- og Ka-bånds antenne.En trykt reflectarray-antenne med FSS-jordplan demonstreres. Reflectarrayet frembringer en kollimeret stråle som en krum reflektor, men dets plane profil tillader almindelige produktionsmetoder der anvendes til fremstilling af printplader. Til dette formål udvikles og undersøges en ny type reflectarrayelement; det koncentriske dobbelt split-ring element. Dette kompakte element muliggør samtidig fase-justering ved 20 og 30 GHz, hvilket udnyttes i en iterativ designproces. En numerisk kode implementeres til at syntetisere samt analysere reflectarrays, og to prototyper af disse reflectarray-antenner fremstilles - den første med almindeligt jordplan og den andet med et FSS jordplan. Udstrålingsdiagrammer af de to prototype reflectarray-antenner måles i det radiodøde rum ved DTU-ESA Spherical Near-Field Antenna Test Facility, og ligeledes måles L-bånds gennemsigtigheden af reflectarray-antennen med FSS jordplan. Resultaterne fremviser høj ydelse af denne nytænkte aperturdelte antenne.Hybrid antennas for a maritime satellite communication terminal with simultaneous operation at L- and Ka-band have been investigated. The frequency bands of interest are 1; 525:0 1; 660:5 MHz (RX+TX, RHCP), 19:7 20:2 (RX, LHCP) and 29:5 30:0 GHz (TX, RHCP), which are all part of the Inmarsat BGAN and Inmarsat GX services, respectively. The results of this study are three antenna concepts, which demonstrates high performance at both L- and Ka-band.A combined single/dual-reflector antenna is designed, which presents a favourable way of combining feed antennas for the diverse frequencies. This antenna enables the use of a conventional horn-fed dual-reflector for Ka-band, while a backfire helical antenna is used to form a single-reflector antenna at L-band. Simulations show excellent performance of the L-band backfire helical reflector antenna, due to the utilization of the entire antenna aperture. The Ka-band dual-reflector is inherently a high-gain and low-loss antenna, and investigations show negligible impact of the L-band backfire helical antenna. Therfore, this hybrid single/dual-reflector antenna presents a viable solution to the combined L- and Ka-band antenna.Novel hybrid antennas that use Frequency Selective Surfaces (FSSs) are investigated, such that an L-band antenna can be located behind and radiate through the Ka-band antenna. A planar periodic FSS, that is reflecting at both 20 and 30 GHz while being transparent at L-band, is designed and analyzed numerically. The FSS is incorporated in a parabolic FSS reflector antenna that is investigated by full-wave analysis tools, and the antenna shows performance comparable to conventional reflector antennas within its frequency band of operation. A planar prototype FSS is manufactured and measured with particular attention to the impact on the performance of an L-band antenna radiating through the FSS. From these investigations, it is concluded that the FSS antenna concept is well suited for hybrid L- and Ka-band operation.A printed reflectarray antenna with FSS ground-plane is demonstrated. The reflectarray produces a collimated beam as a curved reflector, but its planar profile enables conventional manufacturing techniques used for printed circuit board fabrication. For this purpose, a new type of reflectarray element, the concentric dual split-loop element, is devised and investigated. This compact element facilitates phase-adjustment at 20 and 30 GHz simultaneously, which is exploited by a developed iterative design procedure. A numerical code is implemented to synthesize and analyze reflectarrays, and two prototype reflectarray antennas are fabricated - the first with a conventional solid ground-plane and the second with an FSS ground-plane. The radiation patterns of the prototype reflectarray antennas are measured at the DTU-ESA Spherical Near-Field Antenna Test Facility, as well as the L-band transparency of the FSS-backed reflectarray antenna, and the results demonstrates the high performance of this novel shared-aperture antenna

Online Research Database In Technology

Hybrid Maritime Satellite Communication Antenna

http://orbit.dtu.dk/ws/files/77542964/tsm_dissertation_final_20130514..PDF

Hybrid Maritime Satellite Communication Antenna

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology