临近空间飞行器作为通信平台，具有卫星通信、飞机通信和地面通信站无法比拟的优点。某型号通信组件用于地面对临近空间飞艇数据通信，实现半径150km范围内、高度20km以上高空飞艇的遥控、遥测和视频图像数据的传输，要求具有传输速率高、可靠性高等特点。地面站天线作为地面通信组件终端的门户，具有举足轻重的作用。
本设计分三部分内容，首先是天线子阵的设计；其次，圆极化特性的实现；最后，对于天线阵进行加工测试，完成天线阵最终设计。该天线阵结构简单、易实现、成本低，可作为其它空间通信地面站天线设计参考。
1. 天线子阵的设计
天线由上下两层构成，每层包括四个天线子阵，每个子阵有16个辐射单元，由一个1分16功分网络给子阵的每个单元馈电。
天线单元采用印刷振子形式，如图1.1所示。
图1.1 单元天线示意图（虚线部分为介质板下层电路）
根据平板天线经典理论[2]，结合HFSS，优化天线参数，当L=54mm，D=18mm，天线单元的仿真VSWR曲线如图2.2所示。
图1.2 单元仿真VSWR
由图1.2可见，该天线单元的阻抗带宽超过18%（VSWR<1.5）
功分网络出口间距即为阵元间距，阵元间距要小于空间波长，以避免栅瓣出现[3] 。功分网络如图1.3所示，其设计采用并馈结构，其由若干个1分2等功分器组成。
图1.3 功分网络仿真模型
图1.4给出了功分网络输入端口的VSWR仿真曲线，在工作频段内馈电网络的VSWR＜1.5。
图1.4 功分网络输入口VSWR
在获得具有良好性能的单元天线和功分网络结构参数的基础上，进行一体化仿真设计，为了提高天线的增益，根据镜像原理[4]，将天线子阵安装在金属反射板上，距金属底板0.25λ，便可获得天线最高增益，如图1.5所示。
图1.5 天线子阵仿真模型
仿真结果表明：阵元间距为98mm（约为0.72λ），阵元之间互耦效应不明显，彼此基本不影响辐射特性。天线阵驻波与天线阵方向图如图1.6、图1.7所示。
由图1.6可见，该天线子阵的阻抗带宽超过14%（VSWR<1.5）；由图1.7可见， 天线子阵3dB波束宽度为θ方位 × θ俯仰 = 18°×16.8°。
