通信卫星星上波束形成技术及发展

随着通信卫星技术的迅速发展，星上天线技术也不断取得重要的进展，其关键技术之一星上波束形成技术对提高系统性能有重要作用。目前，这种技术已从模拟波束形成向数字波束形成，从微波波束形成向光学波束形成发展。本文主要介绍国外一些典型通信卫星采用的星上波束形成技术，重点介绍数字波束形成（ＤＢＦ）技术及其在通信卫星上的应用。     

低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势,具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点,其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景,具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理,根据天线的机电特性和空间环境适应性情况,给出了星载应用选型建议;其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述,重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性;总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术,对主要的技术途径进行了介绍;最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议,可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

星载反射器无线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描，可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计；其31单元辐射阵和波束形成网络的制作；通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后，证明可实现48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

光控宽带阵列天线

介绍了一种使用遥控用光纤链路和宽瞬时带宽用光学时移网络的光控阵列天线。综述了为机载监视雷达设计的宽带共形阵天线的研制情况。介绍了L波段96阵元光控阵列的系统设计和性能。讨论了光学元器件和阵列孔径的封装技术。重点介绍了系统的宽带性能。为了验证用于目标识别(ID)和目标成像的50％瞬时带宽(550MHz，距离分辨率为30cm)，测量了纳秒脉冲响应。应用基于时域脉冲测量的机内信号输入技术用于校准时移波束形成网络中的宽带元器件。     

星上数字波束形成系统及硬件实现

数字波束形成系统是一种可实现天线自适应调零的窄带数字系统。本文构筑了星上数字波束形成系统的模型，并对模型中各个模块的功能进行了介绍。文中对数字波束形成系统的误差进行了简单的分析，介绍了数字波束形成系统硬件实现以及外场测试系统方面的内容。最后对下一步的工作提出了一些建议。     

有源相控阵雷达天线的波束形成装置结构

在有源相控阵天线中，发射和接收分布在使用发射与接收（Ｔ／Ｒ）模块的天线孔径处。Ｔ／Ｒ模块的使用使天线的性能得到了明显改善，而且使阵列结构的选择更加灵活。本文综述了有源相控阵天线的各种波束形成装置结构。由于全面地讨论所有类型的相控阵天线对任何一篇论文来说都过于宽泛，因此本文仅限于讨论用于雷达的共同馈电有源相控阵天线，讨论了宽带、窄带阵列的波束形成装置结构，包括将振幅锥削用于Ｔ／Ｒ模块还是波束形成网络     

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。     

GPS天线阵列盲信号波束形成研究

针对GPS的抗干扰应用,给出一种不需要先验信息的GPS阵列天线盲信号波束形成新方法,用来提高GPS接收机的性能。首先建立线阵和平面阵列天线的信号模型,然后采用子空间技术剔除干扰信号,并设计多波束形成器来增强整个角空间的GPS信号。在波束形成设计中,应用Dolph-Chebyshev加权法来得到最优的主瓣波束宽度和旁瓣水平。仿真实验表明,采用盲信号波束形成方法,无论是线阵还是平面阵天线,均可以在干扰方向形成有效的零陷,在其余的角空间内增强GPS信号,从而验证了新方法的有效性和正确性。     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。     

数字波束形成技术

介绍数字波束形成技术的基本原理、关键技术。着重讨论中频数字化及正交解调器、波束运算器和波束控制器。     

相干条件下自适应波束形成性能研究

在相干干扰的条件下，推导了MMSE，LCMV两种波束形成器的输出信号情况。理论推导证明了基于MMSE准则的波束形成器，具有良好的输出信干噪比(SINR)，而基于LCMV准则的波束形成器输出信号完全被湮没于噪声干扰中的原理。仿真结果进一步显示了这种分析推导的正确性。     

自适应波束形成技术的发展与现状研究

介绍了自适应波束抗干扰技术的发展历程，以及各种自适应波束形成算法的原理和特点，讨论了自适应波束抗干扰技术的应用情况，探讨了该技术在工程应用上面临的主要问题以及解决途径和方法。     

一种基于干扰信号特征子空间扩展的波束形成方法

针对线性约束 (LCMV)自适应波束形成算法 ,提出了一种基于加载技术和干扰信号子空间扩展技术的改进算法 (SLCMV) ,该方法克服了原有方法由于大期望信号和指向误差的存在 ,合成静态波束严重畸变的缺陷。理论分析和计算机仿真证明该方法具有良好的波束保形能力和稳健性     

一种图像指令传输系统天线方案

文章分析了波束切换天线系统的工作原理,介绍了一种S频段图像指令传输系统天线的方案设计。     

低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术

对低轨通信卫星星载天线阵的多波束形成中的阵列天线结构、射频通道一致性校正,以及数字波束成形等关键技术进行了研究。给出了天线的辐射单元和阵列结构设计,根据通道接收机结构用幅相一致性模块校正通道幅相失配,通过遗传算法确定数字多波束成形网络的加权系数。研究对多波束样机研制有较大的应用价值。     

可变波束形成网络电气设计

首先简要地介绍了可变波束形成网络的国外技术现状和发展;通过对国外两种方案的介绍,提出了我们的设计方案;最后介绍了波束形成网络中的关键部件——可变功分器的设计途径。     

星地混合通信系统中的天地一体波束形成技术

对星地混合通信系统中的天地一体波束形成技术进行了初步探讨。说明了研究该技术的重要意义,对地基波束形成和天基-地基混合波束形成这两种实现架构进行了分析,并讨论了上行和下行自适应波束形成算法、馈电链路传输多路复用、远程误差效应校正等关键技术。     

一种改进的宽带数字多波束形成技术

宽带数字多波束形成技术能够获得较高的空间增益和空域分辨率,是现代电子侦察领域的重要研究方向.但是宽带波束形成技术的实现存在信号处理复杂度高、系统功耗大的问题,给电子侦察系统的设计和应用提出了较大的考验.提出了一种通过频域方式实现时域宽带数字波束形成器的方案,能够在宽带、多波束的应用场景中有效降低系统的实现复杂度和功耗.