通信衛(wèi)星區(qū)域覆蓋多波束天線設(shè)計與多頻帶終端印刷天線研究.pdf

1、通信衛(wèi)星作為空間技術(shù)最重要的應(yīng)用之一，如今可以對約200個國家、地區(qū)和海洋范圍進行覆蓋，通過各類大型或小型的終端設(shè)備為陸地、船舶和飛機提供通信服務(wù)。近年來通信衛(wèi)星已廣泛使用多波束天線技術(shù)以提高衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)的增益。多波束天線技術(shù)通過波束寬度較窄的點波束，可以大幅增加波束指向范圍內(nèi)的天線增益，提高通信衛(wèi)星的有效全向輻射功率和接收系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)值；利用點波束指向不同的特點，可以對頻率進行復(fù)用，以提高系統(tǒng)的頻譜利用率和信道容量；同時，通過多端

2、口放大器可以實現(xiàn)波束間功率的動態(tài)調(diào)配。在終端天線方面，具有多頻帶、小型化、低成本特性的印刷天線越來越受到人們的關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星移動通信終端及無線通信終端的設(shè)計中。本論文主要對通信衛(wèi)星多波束天線區(qū)域覆蓋及多頻帶印刷天線進行了深入地研究。作者的主要工作及研究成果可概括為：
　　1.對通信衛(wèi)星區(qū)域覆蓋多波束天線進行了優(yōu)化設(shè)計。針對規(guī)定區(qū)域無縫覆蓋的需求，根據(jù)所給定的服務(wù)區(qū)參考點及覆蓋范圍，設(shè)計了蜂窩結(jié)構(gòu)的覆蓋方案。在優(yōu)化設(shè)計中，采

3、用混合差分進化算法對根據(jù)工程實際建立的兩個優(yōu)化模型進行交互優(yōu)化求解，以降低系統(tǒng)級優(yōu)化的難度。優(yōu)化后的62個波束覆蓋方案可以有效地對規(guī)定區(qū)域進行無縫覆蓋，滿足41dB的波束覆蓋電平值以及同頻復(fù)用波束載干比值大于12dB的要求。
　　2.排列組合差分進化算法。為了使標準差分進化算法能夠用于離散域組合問題的優(yōu)化求解，將差分移動序列與雙點交換作為差分進化算法中的變異策略，提出了一種排列組合差分進化算法。為了驗證所提出算法的有效性，采用該算

4、法對小規(guī)模組合問題進行了優(yōu)化設(shè)計。數(shù)值結(jié)果表明，該算法不但能夠求得較優(yōu)的結(jié)果，而且計算代價相對較小，收斂速度較快。
　　3.對多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)連接關(guān)系進行了優(yōu)化設(shè)計，以滿足工程上對多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)功率調(diào)配能力的要求。首先，簡單闡述了多端口放大器的原理以及多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)連接關(guān)系的基本概念，并對設(shè)計多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)連接關(guān)系在功率調(diào)配作用中的重要性進行了簡要說明。其次，采用排列組合差分進化算法對不同規(guī)模的多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)連接

5、關(guān)系進行了優(yōu)化設(shè)計，滿足了衛(wèi)星系統(tǒng)對多波束衛(wèi)星天線系統(tǒng)功率調(diào)配能力的要求。
　　4.對多頻帶平面印刷天線進行了研究。提出了三種實現(xiàn)天線多頻帶與小型化的方法，包括：（1）枝節(jié)彎折法。通過對直線多枝節(jié)結(jié)構(gòu)進行彎折或者變形的處理，在天線原型的基礎(chǔ)上，減小多頻帶天線的物理尺寸。（2）U形縫隙扼流結(jié)構(gòu)法。在對縫隙結(jié)構(gòu)進行研究的基礎(chǔ)上，提出了一種U形縫隙加載對扼流結(jié)構(gòu)。該扼流結(jié)構(gòu)可以對天線的輻射體進行加載，用于產(chǎn)生多頻帶特性，并將其成功應(yīng)用于