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共形阵列天线在扩大波束覆盖空域、提高大张角的波束增益和实现天线系统小型化等方面具有显著的优势。传统平面阵列天线在张角增大时会导致增益快速下降,而共形阵列天线是一种弥补此缺点很好的解决方案。本文主要对低轨卫星移动通信系统星载棱台共形阵列天线波束形成技术进行研究,重点研究了棱台共形阵列天线的建模方法与辐射特性。 为了满足在大张角范围内具有较高波束增益的要求,与传统平面阵列天线按照同一特定的几何栅格排布阵元不同,棱台共形阵列天线首先需要确定合理的阵列顶面和侧棱面的阵元排布方式,以产生理想的辐射性能。特别是对低轨星载天线,如果能够实现大张角处的高增益特性,将是对现有低轨星载平面阵列天线技术的一次重大提升。 本文首先分析了低轨卫星星地链路的路径损耗,主要研究如何提高天线的增益从而弥补路径损耗差异。然后对现阶段广泛应用于低轨卫星上的均匀线阵和均匀面阵天线的方向图特性进行分析,仿真验证了均匀线阵和平面阵的方向图。 根据微带贴片天线小型化和高介电常数的发展趋势,分析并设计了构成共形阵列最基本的天线单元,利用仿真软件对天线单元的增益和轴比特性进行仿真。研究共形阵列天线的建模方法,设计了一种顶面12阵元,侧面12棱面×2阵元的36元棱台共形阵列天线。对设计的棱台共形阵列天线进行初步仿真,验证了该模型的可行性。 为了改善阵列大张角增益特性,本文采用分裂粒子群算法对阵列幅度和相位系数进行优化,并提出了一种部分阵元选取方法,通过对比采用不同策略仿真得到的增益方向图,总结出棱台共形阵列天线实现大张角高增益波束形成方案,并与传统的19阵元平面阵作对比,验证了棱台形共形阵列天线模型的有效性和设计方法的可行性,为后续进一步研究和工程实现提供了基础。