通信卫星区域覆盖多波束天线设计与多频带终端印刷天线研究

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1、学校代码10701学号09181110197分类TN82号TN82密级公开西安电子科技大学博士学位论文通信卫星区域覆盖多波束天线设计与多频带终端印刷天线研究作者姓名：丁阳一级学科：电子科学与技术二级学科：电磁场与微波技术学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：焦永昌教授提交日期：2014年9月DesignofRegionalCoverageMultipleBeamSatelliteAntennasandMultibandTerminalPrintedAntennasAdissertationsubmittedtoXIDIAN

2、UNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyByDingYang(ElectronicsScienceandTechnology)Supervisor:Prof.JiaoYong-ChangSeptember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列

3、的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用

4、影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位，后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要通信卫星作为空间技术最重要的应用之一，如今可以对约200个国家、地区和海洋范围进行覆盖，通过各类大型或小型的终端设备为陆地、船舶和飞机提供通信服务。近年来通信卫星已广泛使用多波束天线技术以提高卫星覆盖区域内的增益。多波束天线技术通过波束宽度较窄的点波束，可以大幅增加波束指向范围内的天线增益，提高通信卫星的有效全向辐射功率和接收系

5、统的品质因数值；利用点波束指向不同的特点，可以对频率进行复用，以提高系统的频谱利用率和信道容量；同时，通过多端口放大器可以实现波束间功率的动态调配。在终端天线方面，具有多频带、小型化、低成本特性的印刷天线越来越受到人们的关注，已广泛应用于卫星移动通信终端及无线通信终端的设计中。本论文主要对通信卫星多波束天线区域覆盖及多频带印刷天线进行了深入地研究。作者的主要工作及研究成果可概括为：1.对通信卫星区域覆盖多波束天线进行了优化设计。针对规定区域无缝覆盖的需求，根据所给定的服务区参考点及覆盖范围，设计了蜂窝结构的覆盖方案。在优化

6、设计中，采用混合差分进化算法对根据工程实际建立的两个优化模型进行交互优化求解，以降低系统级优化的难度。优化后的62个波束覆盖方案可以有效地对规定区域进行无缝覆盖，满足41dB的波束覆盖电平值以及同频复用波束载干比值大于12dB的要求。2.排列组合差分进化算法。为了使标准差分进化算法能够用于离散域组合问题的优化求解，将差分移动序列与双点交换作为差分进化算法中的变异策略，提出了一种排列组合差分进化算法。为了验证所提出算法的有效性，采用该算法对小规模组合问题进行了优化设计。数值结果表明，该算法不但能够求得较优的结果，而且计算代价

7、相对较小，收敛速度较快。3.对多波束卫星天线系统连接关系进行了优化设计，以满足工程上对多波束卫星天线系统功率调配能力的要求。首先，简单阐述了多端口放大器的原理以及多波束卫星天线系统连接关系的基本概念，并对设计多波束卫星天线系统连接关系在功率调配作用中的重要性进行了简要说明。其次，采用排列组合差分进化算法对不同规模的多波束卫星天线系统连接关系进行了优化设计，满足了卫星系统对多波束卫星天线系统功率调配能力的要求。4.对多频带平面印刷天线进行了研究。提出了三种实现天线多频带与小型化的方法，包括：（1）枝节弯折法。通过对直线多枝节

8、结构进行弯折或者变形的处理，在天线原型的基础上，减小多频带天线的物理尺寸。（2）U形缝隙扼流结构法。在对缝隙结构进行研究的基础上，提出了一种U形缝隙加载对扼流结构。该扼流结构可以对天线的辐射体进行加载，用于产生多频带特性，并将其成功应用I西安电子科技大学博士学位论文于对数周期天线的多频带设计中。（3）非