天线作为卫星有效载荷及宽带智能终端中信息出入的重要射频前端器件,对整个卫星通信系统性能优劣有着极其重要的决定性影响。本文以上海微小卫星工程中心研制的“DBF多波束天线预研项目”为课题背景,针对低轨卫星通信系统的应用特点,首先从系统的角度提出了星载天线和终端天线的设计要求;其次,在此基础上构建了基于改进的RPSO算法优化技术的一体化射频/天线仿真平台。在此仿真平台基础上,重点设计并研制了星载印刷天线单元与阵列,超宽带与智能化方向图可重构终端天线。本文共分为7章,主要工作与创新点总结如下:　　 第1点提出一种改进的VR-RPSO新型算法,采用随机变异、矢量矩阵加权和动态学习因子等技术,从维持种群多样性方面克服了标准RPSO算易早熟的缺陷,有效提高了算法的全局搜索能力,同时保持了标准PSO算法的高效性,为后续一体化射频/天线仿真平台的设计奠定了算法基础。　　 第2点提出了一种针对有源天线系统设计优化的一体化仿真平台技术。该平台是以MATLAB为交互环境；以上述VR-RPSO算法为电磁问题相关电性能指标优化算子；以EM/Circuit仿真器为对应问题的仿真工具和算法适应值评价算子,构成的一体化电磁问题仿真优化平台。该平台的提出,大幅缩短了天线系统的设计流程；提供了在现有天线结构基础上,实现进一步性能挖掘的优化方法；实现了射频与天线的一体化系统集成优化设计。　　 第3点应用上述一体化平台及新型VR-RPSO算法,优化设计并制作了两种适合星载应用的性能良好、结构简单且易加工调谐的宽波束宽角CP印刷天线单元。该辐射单元具有优良圆对称波束,200度宽角范围内AR小于3dB、增益达到5.1dB。对7元波束扫描、61元多波束赋形正三角形栅格印刷阵列天线,进行一体化仿真优化设计,仿真结果满足指标要求。通过详细分析理想相似元无互耦模型与一体化全波模型的仿真计算结果,量化了互耦效应对于阵列性能的影响程度,提出适时忽略互耦影响的结论性准则,使阵列天线优化设计的计算模型更简化,计算效率更高。　　 第4点提出了一种新型小型化E形AMFB分形边界HIS-EBG结构,该结构与传统经典小型化EBG结构相比,外形尺寸缩减35％:将其用于印刷阵列天线设计,实现了阵元间互耦电平近10dB的有效抑制:集成EBG结构的印刷阵列实际波束扫描方向图和赋形方向图与基于忽略互耦效应的理想模型计算结果更加吻合；大幅提高了印刷阵列天线的相关电性能指标,显著降低了基于理想模型的仿真算法设计复杂度,提高了系统级设计效率。　　 第5点提出了满足卫星通信系统与地面无线通信系统协同通信要求的新印刷终端天线。一种是小型化超宽带印刷终端,工作带宽从3GHz～12.5GHz,增益从2dB～6dB；另一种是方向图可重构智能化终端天线,可以在无RF功分移相网络情况下,实现“凝视”功能,波束增强3dB且可在360度范围内跳变扫描。　　 第6点国内首次完成了61阵元16波束DBF发射天线原理样机研制,通过实测结果证明了仿真设计的有效性与正确性,为最终LEO星座通信系统建立提供技术基础。