專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型星載全向天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型星載全向天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
隨著航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，航天通訊系統(tǒng)在通信質(zhì)量、容量、功能上不斷地升級(jí)。 然而，在航天通信中，信息的傳輸依賴(lài)于星載天線(xiàn)，所以對(duì)星載天線(xiàn)性能指標(biāo)要求越來(lái)越高。全向天線(xiàn)因其覆蓋范圍廣、輻射均勻等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、天文探測(cè)、地球觀測(cè)等領(lǐng)域。但現(xiàn)有全向天線(xiàn)從最簡(jiǎn)單的垂直地面的偶極子天線(xiàn)(即垂直極化的水平全向天線(xiàn))開(kāi)始，發(fā)展至今，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，增益、駐波比等性能有待進(jìn)一步提高，尺寸和質(zhì)量較大的問(wèn)題更是導(dǎo)致了稀缺的空間資源的浪費(fèi)。在通信系統(tǒng)中，無(wú)線(xiàn)通信作為當(dāng)今信息化社會(huì)的主要技術(shù)手段而顯得尤為重要。 其信道容量不斷擴(kuò)充、傳輸速率不斷提高、服務(wù)方式也日漸靈活。與此相適應(yīng)，通信設(shè)備日趨小型化。開(kāi)展對(duì)線(xiàn)天線(xiàn)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(xiàn)研制的過(guò)程中，最重要的環(huán)節(jié)是對(duì)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。目前，在天線(xiàn)設(shè)計(jì)中，普遍應(yīng)用矩量法(MOM)，有限元法(FEM)，幾何繞射理論(GTD)等方法來(lái)進(jìn)行天線(xiàn)分析， 但僅采用以上方法在天線(xiàn)設(shè)計(jì)中往往遇到以下困難(1)按照傳統(tǒng)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)完成天線(xiàn)設(shè)計(jì)，需要具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、繁雜的驗(yàn)證方法和多種輔助測(cè)試工具，才能解決例如射頻干擾、天線(xiàn)匹配、接收靈敏度、天線(xiàn)耦合靈敏度、器件參數(shù)一致性等諸多問(wèn)題，完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的周期較為漫長(zhǎng)且一旦更改需求將會(huì)加大設(shè)計(jì)難度與周期。(2)在電子設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢(shì)引導(dǎo)下，不僅要求開(kāi)發(fā)小型化的天線(xiàn)，還要求天線(xiàn)與其它電子設(shè)備集成在一起。但當(dāng)這些可能會(huì)相互干擾的元件過(guò)于靠近天線(xiàn)時(shí)，將產(chǎn)生更大的干擾，從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降和設(shè)備工作性能降低。因此，有必要引入其他算法優(yōu)化天線(xiàn)間及天線(xiàn)與其它電子設(shè)備的電磁兼容性。(3)當(dāng)天線(xiàn)高度越來(lái)越小，則匹配電路在實(shí)際中會(huì)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(fù)操作時(shí)，這種效應(yīng)會(huì)尤其明顯。近年來(lái)，隨著高性能計(jì)算機(jī)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(lái)設(shè)計(jì)天線(xiàn)能夠比較好的解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高的問(wèn)題。智能計(jì)算是用計(jì)算機(jī)模擬大自然的演化過(guò)程，特別是生物進(jìn)化過(guò)程，來(lái)求解復(fù)雜問(wèn)題的一類(lèi)計(jì)算模型，由于智能算法是通過(guò)模擬某一自然現(xiàn)象或過(guò)程來(lái)解決問(wèn)題的，因而具有適于高度并行及自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特征；另外，智能算法對(duì)于刻畫(huà)問(wèn)題特征的條件要求很少，再加上它效率高、易于操作、簡(jiǎn)單通用，從而使得它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域中。同時(shí)，天線(xiàn)設(shè)計(jì)是非線(xiàn)性、多約束的復(fù)雜問(wèn)題得不到很好解決，將是用智能方法解決第二個(gè)問(wèn)題解決的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型星載全向天線(xiàn)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質(zhì)量小，實(shí)用性強(qiáng)。為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案它通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后選擇設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟完成第一步，利用演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)和NASA的技術(shù)指標(biāo)相比較設(shè)計(jì)出一款新型演化天線(xiàn)；第二步，制作基于并行正交試驗(yàn)的天線(xiàn)優(yōu)化軟件，并利用該軟件對(duì)新型天線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第三步，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作天線(xiàn)。所述的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)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(xiàn)的幾何尺寸。本發(fā)明利用演化算法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)阻抗匹配，避免了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的影響； 當(dāng)需求改變之后可以通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷倪m應(yīng)度函數(shù)來(lái)大幅縮短設(shè)計(jì)周期；通過(guò)將目標(biāo)性能參數(shù)引入到適應(yīng)度函數(shù)中，利用演化算法有效的進(jìn)行搜索解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高的難題。同時(shí)采用演化算法進(jìn)行天線(xiàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將并行正交試驗(yàn)方法應(yīng)用于天線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，較好地解決了天線(xiàn)設(shè)計(jì)中非線(xiàn)性、多約束的復(fù)雜問(wèn)題，為研制這款新型、輕型、性能優(yōu)異的星載全向天線(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。所述的演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要分為單目標(biāo)演化算法、分布式異步并行天線(xiàn)演化算法、多目標(biāo)天線(xiàn)演化算法、動(dòng)態(tài)天線(xiàn)演化算法。且步驟如下=Step 1。由一臺(tái)主處理機(jī)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(shù)深H等)以及并行算法的一些控制參數(shù)(包括創(chuàng)建的進(jìn)程數(shù)P、處理機(jī)間的連通度 δ、遷移率ρ、遷移代頻g等)，然后創(chuàng)建進(jìn)程，將這些信息發(fā)送到其他R臺(tái)從處理機(jī)。Step 2。主處理機(jī)和P臺(tái)從處理機(jī)各自獨(dú)立地進(jìn)行天線(xiàn)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(gè)體的適應(yīng)值評(píng)估等。同時(shí)，每臺(tái)處理機(jī)在執(zhí)行天線(xiàn)演化算法的過(guò)程中還與其他處理機(jī)進(jìn)行信息交換，包括Step 2。1每隔g代將當(dāng)前種群中的m個(gè)最好的個(gè)體發(fā)送到其他d臺(tái)鄰接的處理機(jī) (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(wú)其他處理機(jī)發(fā)送來(lái)的個(gè)體。如果有，則用接收到的m個(gè)個(gè)體替換當(dāng)前種群中的m個(gè)最差個(gè)體；如果沒(méi)有，則繼續(xù)執(zhí)行下面的操作。Step 3。當(dāng)主處理機(jī)運(yùn)行到最大代數(shù)Maxgeno時(shí)，則向其他P臺(tái)從處理機(jī)發(fā)送終止消息，并將自身種群中最好的天線(xiàn)模型作為最終模型，輸出給用戶(hù)。而其他P臺(tái)從處理機(jī)接收到主處理機(jī)的終止命令后則立即停止運(yùn)行。多目標(biāo)天線(xiàn)演化算法針對(duì)單目標(biāo)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(diǎn)，進(jìn)行了改進(jìn)，能夠保持群體多樣性?xún)?yōu)勢(shì)，因而能達(dá)到全局最優(yōu)。所述的正交試驗(yàn)步驟如下第一步明確試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康?，確定考查指標(biāo)；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(jìn)行表頭設(shè)計(jì)；第四步確定試驗(yàn)方，做正交試驗(yàn).記錄試驗(yàn)結(jié)果；第五步計(jì)算分析試驗(yàn)結(jié)果，選取優(yōu)化方案；
第六步驗(yàn)證試驗(yàn)，確定最佳方案。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質(zhì)量小，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明單目標(biāo)優(yōu)化算法框圖。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本具體實(shí)施方式
是采用以下技術(shù)方案它通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)， 然后選擇設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟完成第一步，利用演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)和 NASA的技術(shù)指標(biāo)相比較設(shè)計(jì)出一款新型演化天線(xiàn)；第二步，制作基于并行正交試驗(yàn)的天線(xiàn)優(yōu)化軟件，并利用該軟件對(duì)新型天線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第三步，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作天線(xiàn)。所述的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)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(xiàn)的幾何尺寸。例如對(duì)于四臂天線(xiàn)，每個(gè)臂由四段組成，優(yōu)化問(wèn)題描述為
權(quán)利要求
1.一種新型星載全向天線(xiàn)，其特征在于它通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后選擇設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟完成第一步，利用演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)和NASA的技術(shù)指標(biāo)相比較設(shè)計(jì)出一款新型演化天線(xiàn)；第二步，制作基于并行正交試驗(yàn)的天線(xiàn)優(yōu)化軟件，并利用該軟件對(duì)新型天線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第三步，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作天線(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型星載全向天線(xiàn)，其特征在于所述的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)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(xiàn)的幾何尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型星載全向天線(xiàn)，其特征在于所述的演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要分為單目標(biāo)演化算法、分布式異步并行天線(xiàn)演化算法、多目標(biāo)天線(xiàn)演化算法、動(dòng)態(tài)天線(xiàn)演化算法。
全文摘要
一種新型星載全向天線(xiàn)，它涉及天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型星載全向天線(xiàn)。它通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后選擇設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟完成第一步，利用演化天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)和NASA的技術(shù)指標(biāo)相比較設(shè)計(jì)出一款新型演化天線(xiàn)；第二步，制作基于并行正交試驗(yàn)的天線(xiàn)優(yōu)化軟件，并利用該軟件對(duì)新型天線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第三步，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作天線(xiàn)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益高、波束寬、覆蓋范圍廣、尺寸和質(zhì)量小，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H01Q1/28GK102306867SQ20111015517
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:曾三友, 李正軍, 樊媛媛