[发明专利]一种新型星载全向天线

说明书

技术领域：

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种新型星载全向天线。

背景技术：

随着航天事业的迅猛发展，航天通讯系统在通信质量、容量、功能上不断地升级。然而，在航天通信中，信息的传输依赖于星载天线，所以对星载天线性能指标要求越来越高。

全向天线因其覆盖范围广、辐射均匀等特点广泛应用于移动通信、天文探测、地球观测等领域。但现有全向天线从最简单的垂直地面的偶极子天线(即垂直极化的水平全向天线)开始，发展至今，天线结构愈加复杂，增益、驻波比等性能有待进一步提高，尺寸和质量较大的问题更是导致了稀缺的空间资源的浪费。

在通信系统中，无线通信作为当今信息化社会的主要技术手段而显得尤为重要。其信道容量不断扩充、传输速率不断提高、服务方式也日渐灵活。与此相适应，通信设备日趋小型化。开展对线天线小型化和宽频带特性的研究有着很重要意义。

在现代天线研制的过程中，最重要的环节是对天线结构的设计。目前，在天线设计中，普遍应用矩量法(MOM)，有限元法(FEM)，几何绕射理论(GTD)等方法来进行天线分析，但仅采用以上方法在天线设计中往往遇到以下困难：

(1)按照传统的天线设计方法来完成天线设计，需要具有丰富的设计经验、繁杂的验证方法和多种辅助测试工具，才能解决例如射频干扰、天线匹配、接收灵敏度、天线耦合灵敏度、器件参数一致性等诸多问题，完成设计实现的周期较为漫长且一旦更改需求将会加大设计难度与周期。

(2)在电子设备小型化的发展趋势引导下，不仅要求开发小型化的天线，还要求天线与其它电子设备集成在一起。但当这些可能会相互干扰的元件过于靠近天线时，将产生更大的干扰，从而导致信号质量下降和设备工作性能降低。因此，有必要引入其他算法优化天线间及天线与其它电子设备的电磁兼容性。

(3)当天线高度越来越小，则匹配电路在实际中会引入分布参数的不良影响，如果电路板排版不好或焊接反复操作时，这种效应会尤其明显。

近年来，随着高性能计算机的发展，利用如遗传算法、粒子群算法、演化算法等智能算法来设计天线能够比较好的解决传统设计方法设计周期长、成本高的问题。智能计算是用计算机模拟大自然的演化过程，特别是生物进化过程，来求解复杂问题的一类计算模型，由于智能算法是通过模拟某一自然现象或过程来解决问题的，因而具有适于高度并行及自组织、自适应、自学习等特征；另外，智能算法对于刻画问题特征的条件要求很少，再加上它效率高、易于操作、简单通用，从而使得它已经广泛地应用于各种不同的领域中。

同时，天线设计是非线性、多约束的复杂问题得不到很好解决，将是用智能方法解决第二个问题解决的瓶颈。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型星载全向天线，它结构简单、增益高、波束宽、覆盖范围广、尺寸和质量小，实用性强。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它通过建立数学模型优化设计，然后选择设计方案，再经过以下三个步骤完成：第一步，利用演化天线设计系统，通过和NASA的技术指标相比较设计出一款新型演化天线；第二步，制作基于并行正交试验的天线优化软件，并利用该软件对新型天线进行优化设计；第三步，根据优化结果制作天线。

所述的数学模型优化设计目标和约束条件包括波束指向、极化方式、增益、频带宽度、电压驻波比、天线的几何尺寸。

本发明利用演化算法可以实现自动阻抗匹配，避免了阻抗匹配网络带来的影响；当需求改变之后可以通过适当的修改适应度函数来大幅缩短设计周期；通过将目标性能参数引入到适应度函数中，利用演化算法有效的进行搜索解决传统设计方法设计周期长、成本高的难题。同时采用演化算法进行天线设计的基础上，将并行正交试验方法应用于天线优化设计，较好地解决了天线设计中非线性、多约束的复杂问题，为研制这款新型、轻型、性能优异的星载全向天线打下了良好的基础。

所述的演化天线设计系统主要分为单目标演化算法、分布式异步并行天线演化算法、多目标天线演化算法、动态天线演化算法。且步骤如下：Step 1。由一台主处理机读入建模的数据文件、演化算法的一些控制参数(包括种群规模Popsize、最大演化代数Maxgeno、最大树深H等)以及并行算法的一些控制参数(包括创建的进程数P、处理机间的连通度δ、迁移率ρ、迁移代频g等)，然后创建进程，将这些信息发送到其他R台从处理机。