2.4.1物理光学方法 19

2.4.2反射面天线方向图算法验证 21

2.5本章小结 22

3单反射面天线复杂形状波束的赋形设计 23

3.1反射面天线赋形优化流程 23

3.2Zernike多项式展开法 24

3.2.1Zernike多项式表达式 24

3.2.2Zernike系数对赋形反射面的影响 27

3.3蝙蝠算法的原理和应用 29

3.3.1蝙蝠算法的描述及基本流程 30

3.3.2蝙蝠算法中引入高斯扰动 32

3.3.3适应值函数的选取 33

3.3.4高斯扰动蝙蝠算法算例验证 33

3.4本章小节 35

4中国国土区域赋形 36

4.1中国国土单波束赋形优化设计 36

4.2通过Zernike多项式展开法优化中国国土多波束方向图 40

4.2.1中国国土多波束赋形优化设计 40

4.2.2多波束天线馈源位置 40

4.2.3通过Zernike多项式展开法赋形多波束天线 42

4.3本章小结 46

5结论与研究展望 47

5.1全文总结 47

5.2研究展望 47

致 谢 48

参考文献 49

1绪论

1.1研究背景及意义

现今，卫星通信能力是国家在高新技术领域综合实力的外在体现，通过将信息、通信和航天三者结合组成了如今的高新信息通信网络[1]。自1958年12月18日美国发射了世界上第一颗通信卫星后[2],各个国家也相继发射通信卫星上空。中国第一颗地球静止轨道通信卫星于1984年4月8日发射成功[3]。卫星通信在国家信息基础建设和战略安全以及创建和谐信息社会等各个方面都发挥着十分重要的作用。

在卫星通信中，其关键的技术是天线通信技术。放眼如今的现代信息社会，人们传递信息多依赖于卫星通信。时代在发展，信息量在增加，用户所花的费用越来越少，同时，使用者对卫星的通信容量的需求也变得越来越大。然而，卫星通信所需的很多资源是有限的，例如轨道资源等等，这就形成了比较复杂的矛盾。天线通信领域研究的重点问题一直是如何解决此矛盾。多波束天线在卫星的使用上能比较好的解决这一复杂问题。其可以通过频率复用，展宽，带宽，提高通信容量等方式，实现对大范围目标的高增益覆盖，以确保有限的资源得到较高的利用率。

天线，是卫星通信中重要的部件，天线性能的好坏影响到卫星通信实际上的效果。近年来，星载赋形的反射面天线越来越多的在机载通信和广播卫星中应用。这些星载赋形的天线对于地球上的一些不规则区域进行方向图的覆盖，并减少对范围之外区域的干扰。现有的和未来的卫星系统需要天线可以同时辐射几个形状的波束，而实现这一要求的传统方法是使用馈源阵列结合偏置抛物反射面以至达到多波束的效果[4-14]。