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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電信工程學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101076
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor周錫增zh_TW
dc.contributor.advisorHsi-Tseng Chouen
dc.contributor.author陳飛澐zh_TW
dc.contributor.authorFei-Yun Chenen
dc.date.accessioned2025-11-27T16:10:35Z-
dc.date.available2025-11-28-
dc.date.copyright2025-11-27-
dc.date.issued2025-
dc.date.submitted2025-09-23-
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101076-
dc.description.abstract為因應 Lilium-2 與 Lilium-3 立方衛星(CubeSat)在低軌道(LEO)星際通訊與遙測任務中的需求,本論文提出一套適用於 S 波段(2.08–2.15 GHz)的主動式雙線極化陣列天線系統,以支援星對星(ISL)與星對地通訊並建立穩定鏈路。系統採用時分雙工(TDD)模式,透過數位控制精準切換收發時序,即使在高動態姿態環境下仍能維持可靠傳輸。

天線系統採 Tx/Rx 共構設計,單元間距為頻段最高頻率的半波長,並使用鑽孔直接嵌入式貼片天線降低結構厚度。每單元整合功率放大器(PA)與低雜訊放大器(LNA),搭配威爾金森功率分配器(等功率與不等功率配置)優化功率分佈,並以數位訊號開關控制射頻前端電源以降低待機功耗。

量測結果顯示,本系統在工作頻段內具備高穩定性、低交叉極化與良好方向容忍度,滿足小型化、低功耗及高可靠性需求,為新一代立方衛星 S 波段通訊酬載提供可行且高效的工程解決方案。
zh_TW
dc.description.abstractTo meet the demands of the Lilium-2 and Lilium-3 CubeSats in low Earth orbit (LEO) for inter-satellite links (ISL) and telemetry missions, this paper presents an active dual-linear-polarized array antenna system operating in the S-band (2.08–2.15 GHz) to support both ISL and satellite-to-ground communications, enabling a stable link. The system adopts a time-division duplexing (TDD) mode with digitally controlled, precise switching between transmit and receive timing, ensuring reliable transmission even under high-dynamic attitude conditions.

The antenna system features a co-located Tx/Rx design, with element spacing equal to half the wavelength at the highest frequency in the band, and utilizes via-fed embedded patch antennas to reduce structural thickness. Each element integrates a power amplifier (PA) and a low-noise amplifier (LNA), combined with Wilkinson power dividers (configured for equal or unequal power) to optimize power distribution. Digital RF switches are used to control the RF front-end power supply, reducing standby power consumption.

Measurement results demonstrate that the system achieves high stability, low cross-polarization, and good directional tolerance across the operating band, fulfilling the requirements for miniaturization, low power consumption, and high reliability. This provides a feasible and efficient engineering solution for next-generation CubeSat S-band communication payloads.
en
dc.description.provenanceSubmitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2025-11-27T16:10:35Z
No. of bitstreams: 0
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2025-11-27T16:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0en
dc.description.tableofcontents致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目次 v
圖次 viii
表次 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 論文貢獻及架構 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
第二章 陣列天線系統架構 5
2.1 系統架構與功率圖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 疊構設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 規格訂製與鏈路計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1 頻段規格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.2 發射模組與其鏈路規格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.3 接收模組與其鏈路規格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.4 晶片選擇 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
第三章 微波元件設計 19
3.1 傳輸線 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.1 GCPW 特性阻抗推導 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 威爾金森功率分配器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1 模擬結果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.2 被動電路設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.3 不等功率分配器與隔離電阻計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.4 使用四分之一波長作阻抗匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3 天線單元設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.1 微帶天線原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4 斜向 1×3 天線陣列 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4.1 斜向 1×3 天線陣列模擬結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.2 系統增益 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4.3 天線單元間距與幾何關係分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.5 電路布局 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
第四章 量測架設與結果 44
4.1 系統配置與連接說明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 S 波段雙極化天線陣列量測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 雙極化量測結果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4 量測誤差分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
第五章 系統整合 55
5.1 Pluto SDR 發射與接收驗證 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.1.1 發射端天線配置對接頻譜分析儀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.1.2 接收端天線配置對接頻譜分析儀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.2 接收端與發射端天線對接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
第六章 結論 61
參考文獻 63
-
dc.language.isozh_TW-
dc.subject低軌衛星-
dc.subjectS頻段-
dc.subject雙極化-
dc.subject圓極化-
dc.subject貼片天線-
dc.subject威爾金森功率分配器-
dc.subject不等功率分配器-
dc.subjectLow Earth Orbit (LEO) Satellite-
dc.subjectS-Band-
dc.subjectDual Polarization-
dc.subjectCircular Polarization-
dc.subjectPatch Antenna-
dc.subjectWilkinson Power Divider-
dc.subjectUnequal Power Divider-
dc.title立方衛星星際通訊S頻段陣列天線系統zh_TW
dc.titleAn S-Band Array Antenna System for Inter-Satellite Communication in CubeSat Platformsen
dc.typeThesis-
dc.date.schoolyear114-1-
dc.description.degree碩士-
dc.contributor.oralexamcommittee葉佳宜;廖文照;劉人瑋;Siddhartha Panigrahizh_TW
dc.contributor.oralexamcommitteeChia-Yi Yeh;Wen-Jiao Liao;Jake-W Liu;Siddhartha Panigrahien
dc.subject.keyword低軌衛星,S頻段雙極化圓極化貼片天線威爾金森功率分配器不等功率分配器zh_TW
dc.subject.keywordLow Earth Orbit (LEO) Satellite,S-BandDual PolarizationCircular PolarizationPatch AntennaWilkinson Power DividerUnequal Power Divideren
dc.relation.page65-
dc.identifier.doi10.6342/NTU202504430-
dc.rights.note未授權-
dc.date.accepted2025-09-23-
dc.contributor.author-college電機資訊學院-
dc.contributor.author-dept電信工程學研究所-
dc.date.embargo-liftN/A-
顯示於系所單位:電信工程學研究所

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