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平面反射阵天线作为新型的高增益天线,结合了经典反射面天线和阵列天线的优点,可以通过合理设计阵列平面上各个独立单元的反射相位来实现特定形状或指向的远场波束。反射阵天线因其剖面低、重量轻、增益高、成本低、易集成等优势在近些年得到了快速发展,发展出了多种多样的天线形式,具有广阔的应用前景。论文针对平面反射阵天线在宽带拓展、多频段优化、赋形优化、太空环境下形变误差及工程应用等几个方面存在的问题进行了研究,主要研究内容及创新点如下:1.平面反射阵天线带宽拓展研究。针对单层平面微带反射阵天线在宽带工作方面的劣势,提出了两种新型的宽带反射阵单元——开槽圆形贴片单元和四臂方形螺旋单元。两种单元的反射相位均超过了360度,而且相位曲线的线性度较好。据此分别设计了基于开槽圆形贴片单元的平面微带反射阵天线和基于四臂方形螺旋单元的平面微带反射阵天线,前者的实测1.5-dB增益带宽达到了24%,后者的实测1-dB增益带宽可达34.7%,在单层平面反射阵天线中处于领先水平。2.口径复用平面反射阵天线的优化设计。多频段反射阵天线可以让其口径同时工作在不同的频段,可以实现口径的复用。为提高口径复用率,可以增加反射阵天线的频段。首次在三频段口径复用平面反射阵天线的优化设计中引入了多参数扫描法,设计了旋转嵌套的三方环贴片单元,并对多个独立参数如方环贴片的边长、环宽、环间距、旋转角度等的不同组合进行仿真,得到了单元在10 GHz、15 GHz和20 GHz处的反射相位组合与多个参数尺寸的对应关系。利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对反射阵天线的整体相位误差和单元的排布进行了优化,并设计了中等口径的单层微带平面反射阵天线。加工测试结果与仿真结果较为吻合,三频段平面反射阵天线可以正常工作在X、Ku和K波段,实现了阵列口径平面的多频复用。和其他三频段反射阵天线相比,该设计较好地平衡了三个不同频段的性能,在3-dB增益带宽和口径效率方面有较大优势。该口径复用平面反射阵天线的设计流程可以推广到其他多频口径复用反射阵天线的设计中去。3.赋形平面反射阵天线的系统优化方法研究。从天线要实现的目标波束出发,利用生物地理学优化算法(Biogeography-based Optimization,BBO)优化设计了基于中国大陆地形的单层赋形平面反射阵天线,和PSO、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)等优化算法相比,BBO算法显著减少了收敛的迭代次数。利用二维离散IFFT和FFT算法不断交替迭代优化设计了对称和非对称的四波束单层赋形平面反射阵天线。MATLAB计算得到的方向图和HFSS仿真的方向图基本一致,验证了优化方法的有效性。4.平面反射阵天线在工程应用方面的探索研究。对平面反射阵天线的误差及其影响进行了研究,首先从理论上分析了反射阵天线不同位置的单元对反射相位误差贡献的不同权重,然后对平面反射阵天线整体在太空环境工作可能出现的误差对辐射特性的影响进行了分析,提出了相关的改进措施。通过改进已有的星载反射阵单元结构,设计了工作于太阳能电池板表面的透明四钥匙单元和基于方形螺旋结构的全金属反射阵单元,并设计了两款可以工作在太空环境中的平面反射阵天线——透明反射阵天线和全金属反射阵天线,两款天线的仿真结果较为理想。