星載有限電掃描天線陣列饋源的研究.pdf

1、為適應(yīng)衛(wèi)星通信發(fā)展的需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)要求星載天線不僅能夠生成高質(zhì)量的點波束，而且需要具有在其服務(wù)區(qū)內(nèi)進行快速靈活的波束掃描的能力。本文密切結(jié)合預(yù)研項目“星載多波束及可控點波束天線”，研究了星載天線陣列饋源的分析和設(shè)計。作者的主要工作和創(chuàng)造性成果可概括為以下幾個方面： 1．對饋源陣列的組成單元形式進行了研究，根據(jù)工程設(shè)計提出的雙頻段工作、易于實現(xiàn)圓極化收發(fā)和天線方向圖圓對稱性較好等要求，分別設(shè)計了螺旋天線、阿基米德平面螺旋天線和

2、光壁圓錐喇叭天線。采用電磁仿真軟件對天線進行了仿真計算，得到在要求頻段內(nèi)各天線的電性能參數(shù)。設(shè)計了一種低副瓣軸向模螺旋天線，仿真分析和實驗測試結(jié)果說明在要求的頻帶范圍內(nèi)該天線駐波比小于1．15，天線方向圖的最大副瓣電平低于—25dB。提出了一種雙頻段工作的光壁圓錐喇叭天線的設(shè)計方法，該天線具有良好的雙頻段工作特性以及較高的增益，可滿足衛(wèi)星通信的需要。 2．對陣列饋源的綜合方法進行了詳細分析，研究了非線性最小二乘法和粒子群（PSO

3、）算法。闡述了解決非線性最小二乘問題常用的兩種方法：Gauss—Newton法和Levevberg—Marquardt法。通過對一個實際最小二乘問題的求解，研究了非線性最小二乘法的算法流程和主要優(yōu)缺點。對粒子群算法進行了深入的研究，針對標準粒子群優(yōu)化算法的一些缺陷，提出了一種改進型粒子群算法。該算法有效地解決了粒子群早熟收斂和搜索精度不高的缺點，通過對檢驗函數(shù)進行數(shù)值計算并與其它改進型粒子群算法進行比較，說明本文提出的新型粒子群算法的優(yōu)

4、越性。 3．對陣列饋源的饋電網(wǎng)絡(luò)進行了研究。提出了多波束形成、波束隔離、波束掃描控制、收發(fā)雙工和雙頻雙圓極化的設(shè)計方法。在分析過程中，采用了電磁場輻射理論、微波網(wǎng)絡(luò)理論、波導模式理論、濾波器理論和工程最優(yōu)化理論，對饋電網(wǎng)絡(luò)的部件進行了優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計了雙頻雙圓極化器、正交模耦合器、窄帶濾波器等元件，仿真分析結(jié)果說明文中設(shè)計的饋電網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)雙頻雙圓極化收發(fā)，上下行信號之間的隔離度大于70dB。 4．研究了星載天線陣列饋源的

5、陣列綜合設(shè)計。分析了幾種陣列排陣形式，包括六邊形陣列、圓環(huán)陣列等陣列結(jié)構(gòu)形式。分析了陣列單元在陣列中的位置以及幅相分布對饋源陣列輻射方向圖的影響，以上述的各個參數(shù)為設(shè)計變量，采用粒子群算法對陣列進行優(yōu)化綜合，在0°～360°方位角任意截面上都能得到理想的賦形方向圖包絡(luò)，設(shè)計結(jié)果表明六邊形陣列饋源可以在雙頻段工作。對在所要求角域內(nèi)陣列饋源的波束掃描進行了分析，列出了波束指向不同掃描角時的輻射方向圖以及陣列單元的控制相位。文中還設(shè)計了一個平

6、面二維天線陣列，陣列天線方向圖的遠場測量結(jié)果與優(yōu)化綜合得到的天線方向圖非常逼近。該章最后將饋源陣列與標準側(cè)饋雙反射面天線結(jié)合起來進行一體化設(shè)計，通過仿真計算得到較好的遠場輻射特性。 5．研究了饋源陣列單元之間的互耦效應(yīng)對陣列輻射特性的影響?；ヱ钚?yīng)的存在使得每個陣元的方向圖與其在陣中的位置有關(guān)，波束形狀各不相同。文中借助仿真軟件對陣列天線進行仿真綜合，得到單元之間的互阻抗矩陣，計算出陣列饋源單元的有源散射系數(shù)。當優(yōu)化綜合得到天線