西安电子科技大学焦永昌等 | 卫星通信大型双极化中国版图赋形微带反射阵天线的优化设计

内容介绍

中文摘要：

设计了一款具有中国版图赋形的大型双频双极化微带反射阵天线。为充分补偿两个频段范围内的空间相位延迟差，采用一种适用于大型双极化反射阵的3层矩形贴片单元。由于赋形区域形状复杂、赋形增益要求很高，该反射阵天线单元数量超过25 000个，优化变量数超过150 000个，导致其设计非常困难。本文首先通过离散快速傅里叶变换及其逆变换建立口径场和远场的一一对应关系，为赋形反射阵天线的优化奠定基础。进而采用基于交替投影的交集方法，优化获得多个典型频率下所有单元的目标反射相位。为避免优化过程陷入局部极值点，采用一种产生合适初始解的新方法。为验证设计方法的有效性，制作了一个7569单元的双极化反射阵天线并进行实验测试。测试与仿真结果吻合良好。为使宽带工作的大型反射阵天线带宽范围的空间相位延迟极小化，提出一种确定馈源最佳位置的方法。为在两个相互正交方向上同时找到单元的最优尺寸，建立一种新的优化模型，通过正多面体优化方法进行优化计算。最后，设计了一款覆盖中国陆地版图的单元数为25 305的双频双极化微带反射阵天线。仿真结果表明，该反射阵天线在两个工作频带范围内均可满足中国版图覆盖要求，证明所提出的复杂赋形波束大型反射阵天线优化设计方法可靠和有效。

关键词：

反射阵；双极化；赋形波束；限相位综合
作者：
赵钢，焦永昌，陈官韬

单位：

西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，中国西安市，710071

本文引用格式：

Gang Zhao, Yong-chang Jiao, Guan-tao Chen, 2020. Optimal design of a large dual-polarization microstrip reflectarray with China-coverage patterns for satellite communications. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering, 21(1):159-173. https://doi.org/10.1631/FITEE.1900496

本文精要导读：

焦永昌，西安电子科技大学教授，博士生导师，IEEE高级会员，中国电子学会高级会员、天线委员会委员。长期从事天线与微波技术、进化计算等方面的科研和教学工作，主持国家自然科学基金等多个纵向和横向科研项目，在优化算法、天线优化设计等方面取得一些创新研究成果。为解决复杂天线优化设计问题，在国际上首次提出一种新优化模型，称为可变规划，研究了其理论结果，提出新平滑求解技术。 对复杂优化问题，先后提出正多面体局部极值算法、改进的Price全局优化算法以及混合差分类进化算法。将复杂天线设计问题表征为相互关联的几个非线性优化模型，求解这些模型可兼顾和协调天线的多个电参数，充分挖掘天线的潜力，使天线尽可能满足指标要求。所提出的高性能天线优化设计技术已成功解决一些复杂的实用天线系统设计问题。如解决了中星1A卫星天线正样相位方向图拟合问题，获得的天线正样辐射相位方向图拟合数据应用于2011年9月19日成功发射的中星1A卫星，经过在轨测试，天线相位方向图拟合算法性能满足技术指标要求以及智能天线在轨使用要求。曾获国家和省部级科技进步奖4项。发表学术论文180余篇，其中120余篇被SCI检索。

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关于本刊

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering（简称FITEE，中文名《信息与电子工程前沿（英文）》，ISSN 2095-9184，CN 33-1389/TP）是信息电子类综合性英文学术月刊，SCI-E、EI收录，最新影响因子1.033。前身为2010年创办的《浙江大学学报英文版C辑：计算机与电子》，2015年更为现名，现为中国工程院信息与电子工程学部唯一院刊。覆盖计算机、信息与通信、控制、电子、光学等领域。文章类型包括研究论文、综述、个人视点、评述等。现任主编为中国工程院院士潘云鹤、卢锡城，实行国际同行评审制，初次转达意见一般在2~3个月内。文章一经录用将快速在线。

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