專利名稱：一種新型星載全向天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及天線技術領域，具體涉及一種新型星載全向天線。
背景技術：
隨著航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，航天通訊系統(tǒng)在通信質量、容量、功能上不斷地升級。 然而，在航天通信中，信息的傳輸依賴于星載天線，所以對星載天線性能指標要求越來越高。全向天線因其覆蓋范圍廣、輻射均勻等特點廣泛應用于移動通信、天文探測、地球觀測等領域。但現(xiàn)有全向天線從最簡單的垂直地面的偶極子天線(即垂直極化的水平全向天線)開始，發(fā)展至今，天線結構愈加復雜，增益、駐波比等性能有待進一步提高，尺寸和質量較大的問題更是導致了稀缺的空間資源的浪費。在通信系統(tǒng)中，無線通信作為當今信息化社會的主要技術手段而顯得尤為重要。 其信道容量不斷擴充、傳輸速率不斷提高、服務方式也日漸靈活。與此相適應，通信設備日趨小型化。開展對線天線小型化和寬頻帶特性的研究有著很重要意義。在現(xiàn)代天線研制的過程中，最重要的環(huán)節(jié)是對天線結構的設計。目前，在天線設計中，普遍應用矩量法(MOM)，有限元法(FEM)，幾何繞射理論(GTD)等方法來進行天線分析， 但僅采用以上方法在天線設計中往往遇到以下困難(1)按照傳統(tǒng)的天線設計方法來完成天線設計，需要具有豐富的設計經驗、繁雜的驗證方法和多種輔助測試工具，才能解決例如射頻干擾、天線匹配、接收靈敏度、天線耦合靈敏度、器件參數(shù)一致性等諸多問題，完成設計實現(xiàn)的周期較為漫長且一旦更改需求將會加大設計難度與周期。(2)在電子設備小型化的發(fā)展趨勢引導下，不僅要求開發(fā)小型化的天線，還要求天線與其它電子設備集成在一起。但當這些可能會相互干擾的元件過于靠近天線時，將產生更大的干擾，從而導致信號質量下降和設備工作性能降低。因此，有必要引入其他算法優(yōu)化天線間及天線與其它電子設備的電磁兼容性。(3)當天線高度越來越小，則匹配電路在實際中會引入分布參數(shù)的不良影響，如果電路板排版不好或焊接反復操作時，這種效應會尤其明顯。近年來，隨著高性能計算機的發(fā)展，利用如遺傳算法、粒子群算法、演化算法等智能算法來設計天線能夠比較好的解決傳統(tǒng)設計方法設計周期長、成本高的問題。智能計算是用計算機模擬大自然的演化過程，特別是生物進化過程，來求解復雜問題的一類計算模型，由于智能算法是通過模擬某一自然現(xiàn)象或過程來解決問題的，因而具有適于高度并行及自組織、自適應、自學習等特征；另外，智能算法對于刻畫問題特征的條件要求很少，再加上它效率高、易于操作、簡單通用，從而使得它已經廣泛地應用于各種不同的領域中。同時，天線設計是非線性、多約束的復雜問題得不到很好解決，將是用智能方法解決第二個問題解決的瓶頸。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種新型星載全向天線，它結構簡單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質量小，實用性強。為了解決背景技術所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術方案它通過建立數(shù)學模型優(yōu)化設計，然后選擇設計方案，再經過以下三個步驟完成第一步，利用演化天線設計系統(tǒng)，通過和NASA的技術指標相比較設計出一款新型演化天線；第二步，制作基于并行正交試驗的天線優(yōu)化軟件，并利用該軟件對新型天線進行優(yōu)化設計；第三步，根據(jù)優(yōu)化結果制作天線。所述的數(shù)學模型優(yōu)化設計目標和約束條件包括波束指向、極化方式、增益、頻帶寬度、電壓駐波比、天線的幾何尺寸。本發(fā)明利用演化算法可以實現(xiàn)自動阻抗匹配，避免了阻抗匹配網絡帶來的影響； 當需求改變之后可以通過適當?shù)男薷倪m應度函數(shù)來大幅縮短設計周期；通過將目標性能參數(shù)引入到適應度函數(shù)中，利用演化算法有效的進行搜索解決傳統(tǒng)設計方法設計周期長、成本高的難題。同時采用演化算法進行天線設計的基礎上，將并行正交試驗方法應用于天線優(yōu)化設計，較好地解決了天線設計中非線性、多約束的復雜問題，為研制這款新型、輕型、性能優(yōu)異的星載全向天線打下了良好的基礎。所述的演化天線設計系統(tǒng)主要分為單目標演化算法、分布式異步并行天線演化算法、多目標天線演化算法、動態(tài)天線演化算法。且步驟如下=Step 1。由一臺主處理機讀入建模的數(shù)據(jù)文件、演化算法的一些控制參數(shù)(包括種群規(guī)模Popsize、最大演化代數(shù)Maxgeno、 最大樹深H等)以及并行算法的一些控制參數(shù)(包括創(chuàng)建的進程數(shù)P、處理機間的連通度 δ、遷移率ρ、遷移代頻g等)，然后創(chuàng)建進程，將這些信息發(fā)送到其他R臺從處理機。Step 2。主處理機和P臺從處理機各自獨立地進行天線演化算法，包括種群的初始化，執(zhí)行選擇、雜交、變異操作和個體的適應值評估等。同時，每臺處理機在執(zhí)行天線演化算法的過程中還與其他處理機進行信息交換，包括Step 2。1每隔g代將當前種群中的m個最好的個體發(fā)送到其他d臺鄰接的處理機 (在原種群中仍保留其副本)。其中m由遷移率P和子種群大小nd決定，即m = P*nd(nd =Popsize/(P+l))。Step 2。2在每一演化代多次檢查有無其他處理機發(fā)送來的個體。如果有，則用接收到的m個個體替換當前種群中的m個最差個體；如果沒有，則繼續(xù)執(zhí)行下面的操作。Step 3。當主處理機運行到最大代數(shù)Maxgeno時，則向其他P臺從處理機發(fā)送終止消息，并將自身種群中最好的天線模型作為最終模型，輸出給用戶。而其他P臺從處理機接收到主處理機的終止命令后則立即停止運行。多目標天線演化算法針對單目標演化算法難以保持群體多樣性而容易陷入局部最優(yōu)的缺點，進行了改進，能夠保持群體多樣性優(yōu)勢，因而能達到全局最優(yōu)。所述的正交試驗步驟如下第一步明確試驗試驗目的，確定考查指標；第二步確定因素、選取水平、制定因素水平表；第三步選用合適的正交表進行表頭設計；第四步確定試驗方，做正交試驗.記錄試驗結果；第五步計算分析試驗結果，選取優(yōu)化方案；
第六步驗證試驗，確定最佳方案。本發(fā)明結構簡單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質量小，實用性強。


圖1是本發(fā)明單目標優(yōu)化算法框圖。
具體實施例方式參看圖1，本具體實施方式
是采用以下技術方案它通過建立數(shù)學模型優(yōu)化設計， 然后選擇設計方案，再經過以下三個步驟完成第一步，利用演化天線設計系統(tǒng)，通過和 NASA的技術指標相比較設計出一款新型演化天線；第二步，制作基于并行正交試驗的天線優(yōu)化軟件，并利用該軟件對新型天線進行優(yōu)化設計；第三步，根據(jù)優(yōu)化結果制作天線。所述的數(shù)學模型優(yōu)化設計目標和約束條件包括波束指向、極化方式、增益、頻帶寬度、電壓駐波比、天線的幾何尺寸。例如對于四臂天線，每個臂由四段組成，優(yōu)化問題描述為
權利要求
1.一種新型星載全向天線，其特征在于它通過建立數(shù)學模型優(yōu)化設計，然后選擇設計方案，再經過以下三個步驟完成第一步，利用演化天線設計系統(tǒng)，通過和NASA的技術指標相比較設計出一款新型演化天線；第二步，制作基于并行正交試驗的天線優(yōu)化軟件，并利用該軟件對新型天線進行優(yōu)化設計；第三步，根據(jù)優(yōu)化結果制作天線。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型星載全向天線，其特征在于所述的數(shù)學模型優(yōu)化設計目標和約束條件包括波束指向、極化方式、增益、頻帶寬度、電壓駐波比、天線的幾何尺寸。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種新型星載全向天線，其特征在于所述的演化天線設計系統(tǒng)主要分為單目標演化算法、分布式異步并行天線演化算法、多目標天線演化算法、動態(tài)天線演化算法。
全文摘要
一種新型星載全向天線，它涉及天線技術領域，具體涉及一種新型星載全向天線。它通過建立數(shù)學模型優(yōu)化設計，然后選擇設計方案，再經過以下三個步驟完成第一步，利用演化天線設計系統(tǒng)，通過和NASA的技術指標相比較設計出一款新型演化天線；第二步，制作基于并行正交試驗的天線優(yōu)化軟件，并利用該軟件對新型天線進行優(yōu)化設計；第三步，根據(jù)優(yōu)化結果制作天線。它結構簡單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質量小，實用性強。
文檔編號H01Q1/28GK102306867SQ20111015517
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者周東, 廖宗廣, 敬紅勇, 曾三友, 曾衛(wèi), 李暉, 李正軍, 樊媛媛, 董威, 賈麗娜, 趙江, 高選正, 魯義輝 申請人:曾三友, 李正軍, 樊媛媛