宽带双频双极化星载赋形反射面天线优化设计

张新刚,吴 刚,钟 鹰

(中国空间技术研究院西安分院,西安 710100)

1 引 言

在新一代的卫星通信系统中不仅要求天线波束与服务区的形状匹配,还需满足大容量通信、收发一体化的要求,以处理同步进行接收与发射的两个分离频段的信号,这要求天线能够同时实现宽带、双频、双极化工作。赋形反射面天线具有结构简单、成本低、损耗小、易实现双频和双极化等诸多优点,在卫星通信系统中应用十分广泛[1]。但要求赋形反射面天线在按照服务区的形状对波束进行赋形的同时实现宽带、双频、双极化特性,具有一定的难度,因为此时对反射面天线的设计是一个多目标优化问题,优化过程中需要在多个优化目标之间进行折衷。目前,国内外现有星载赋形反射面天线的带宽一般为500MHz或800MHz,限制了它在卫星通信领域的应用潜力。

目前,对赋形反射面天线进行优化设计的算法主要有最速下降法[2]、遗传算法[3]、Minimax算法等[4],但在实际工程应用中要求服务区内任意一点的天线增益都要满足设计指标,因此Minimax算法的设计理念最符合实际工程需要。以往在用Minimax算法进行优化时通常是通过各个评估站点的电场来构建目标函数,然而设计要求一般是以增益的形式给出的。直接以各个评估站点的电场来构建目标函数,必然导致同样的增益偏差在增益要求较高的站点引起较大的电场偏差,优化的重点过多地放在了增益要求较高的站点。为了消除各个评估站点增益对优化过程的影响,尽可能拓宽天线带宽,本文采用归一化的电场值来构建目标函数。……