[發明專利]一種基于多饋源合成網絡的幅相優化設計方法

有效

• 申請號: 202010858032.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112164885B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 龔琦;張龍;陳俢繼;王旭東;何佳歡;萬繼響;梁瑞香
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q15/14;H01Q3/28;H01Q3/30;G06F30/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明涉及一種基于多饋源合成網絡的幅相優化設計方法，該設計方法針對多饋源合成多波束天線饋源陣(喇叭陣列+極化器陣列+合成網絡)，通過對合成網絡的拓撲結構、無源器件、波導連接結構及各自的優化變量變化范圍進行約束定義及優化設計，解決了多饋源合成多波束天線波束幅相激勵系數設置與波束性能間的矛盾，在滿足了合成網絡的設計合理性的同時實現了高增益高C/I波束性能。

技術領域

本發明屬于星載多波束天線技術領域，具體涉及一種基于多饋源合成網絡的幅相優化設計方法。

背景技術

多波束天線技術作為大容量通信衛星普遍采用的一種載荷技術，可以針對擬定服務區提供大量高增益點波束覆蓋，通過采用頻率極化復用技術實現同頻同極化波束間的物理隔離，然而為了提高頻率利用效率進而提高衛星系統整體的通信容量，需要在提高頻率復用次數的基礎上通過天線設計獲得高增益高C/I的波束性能。

多饋源合成多波束天線由于采用了饋源簇的設計理念，一方面通過波束間的饋源共用提高波束間的交疊電平，另一方面通過多個饋源的幅度相位激勵系數優化實現對波束性能特別是C/I性能的提升，實現了以一副反射器完成發射或接收多波束天線的設計，獲得高增益高C/I覆蓋性能的同時降低了天線對衛星平臺的資源需求。但是針對該技術，目前沒有有效的合成網絡幅相優化設計方法，脫離網絡拓撲結構和無源器件色散特性的設計，無法保證激勵系數在整個工作頻段內與設計值的一致性，進而最終影響整個天線的所有波束性能。

發明內容

本發明解決的技術問題是：該設計方法主要針對多饋源合成多波束天線波束幅相激勵系數設置與波束性能間的矛盾，提出一種基于多饋源合成網絡的幅相優化設計方法，提出一種針對合成多波束天線饋源陣網絡幅相優化設計方法，通過對合成網絡的拓撲結構、無源器件、波導連接結構及各自的優化變量變化范圍進行約束定義及優化設計，滿足合成網絡的設計合理性的同時實現高增益高C/I波束性能。

本發明的技術方案包括：一種基于多饋源合成網絡的幅相優化設計方法，所述方法應用于合成多波束天線，天線包括反射器和饋源陣列，其中饋源陣列由喇叭陣列、極化器陣列和波束形成網絡組成，波束形成網絡由多個無源耦合器、移相器及波導連接結構共同構建實現拓撲網絡及優化的幅度相位激勵系數值，所述方法具體步驟包括：

(S1)根據設計指標要求確定多饋源合成多波束天線配置，包括主反射器的口徑D、主反射器焦距F和饋源陣偏置H；

(S2)根據服務區的形狀和設計指標要求，確定波束對應饋源簇位置、單波束合成饋源數量排布方式、波束間共用饋源數量及對應的饋源口徑d；

(S3)根據步驟(S2)中確定的饋源喇叭的內徑d，利用Champ軟件對饋源喇叭口徑效率為目標進行設計，并利用GRASP軟件計算在(S1)步驟所確定的天線配置參數下的所有饋源子波束性能；

(S4)依據饋源陣波束規模、波束饋源對應關系及構成網絡的無源器件類型，構建波束形成網絡拓撲結構；

(S5)在根據步驟(S4)對波束形成網絡設計完成后，以步驟(S3)計算后的所有饋源子波束性能為輸入條件，進行饋源陣合成網絡的幅相激勵系數的優化設計。

在步驟(S1)中，主反射器的口徑D、主反射器焦距F和饋源陣偏置H參數在選擇方面保證饋源陣重量、體積及天線布局滿足衛星平臺包絡限制；

所述主反射器的口徑D在1λ～1.8λ范圍內。

在步驟(S2)中：

a)依據天線配置參數與波束覆蓋位置，計算天線焦平面上各波束中心所對應的坐標值；

b)采用7饋源數量作為單波束合成饋源數量，7饋源采用正六邊形排布，且饋源外壁包絡兩兩相切；

c)波束與波束間的饋源共用數量控制在2個；