基于OPNET的卫星多波束天线仿真建模研究

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基于ＯＰＮＥＴ的卫星多波束天线仿真建模研究

作者：张晓东 马东堂 李树锋 丁 丁 来源：《现代电子技术》2009年第03期

摘 要：多波束天线技术是卫星移动通信系统中的关键技术之一。研究卫星多波束天线的几何模型，推导卫星多波束天线方位角和俯仰角的计算公式，分析卫星多波束天线的辐射特性；总结了利用OPNET生成卫星多波束天线模型的方法，并建模实现了OPNET多波束天线模型，通过构建网络仿真场景仿真分析了卫星多波束天线覆盖区内用户SNR的分布特性，仿真结果表明OPNET多波束天线模型较好地模拟卫星多波束天线的辐射特性。 关键词：多波束天线；仿真建模；卫星移动通信系统;OPNET 中图分类号：TN828.5文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2009)03-046-04

Research of Satellite Multi-beam Antenna Simulation Modeling Based on OPNET ZHANG Xiaodong,MA Dongtang,LI Shufeng,DING Ding

(College of Electron Science and Engineering,National University of Defense Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：Multi-beam antenna is a key technology in the satellite mobile communication

system.The geometry model of satellite multi-beam antenna is researched,the calculating formula of azimuth angle and pitching angle for satellite multi-beam antenna is deduced,the radiation

characteristic of satellite multi-beam antenna is analyzed,the creating methods of multi-beam antenna based on OPNET is summarized,and multi-beam antenna model is implemented.The SNR distributing characteristic of users in the covering region is simulated by setting network simulation scenario.Simulation results indicate that the proposed model is appropriate to the radiation characteristic of satellite multi-beam antenna.

Keywords：multi-beam antenna;modeling and simulation;satellite mobile communication system;OPENT 0 引 言

卫星移动通信系统具有损耗小，延迟短，可实现全球无缝覆盖，抗毁性和抗干扰性强等突出优点，是未来移动通信的重要组成部分。多波束天线技术是卫星通信系统中的关键技术，具

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有如下优点：可以使波束空间隔离和极化隔离，实现多重频率复用，加大可用带宽，增加通信容量；大大地提高卫星向地球的辐射通量密度(EIRP),使地面用户可以采用较小口径的接收天线，从而大大降低系统成本和通信成本；根据需要可灵活快捷地进行波束扫描和波束重构，从而增强系统的抗干扰性和在轨生存能力。

目前，多波束天线技术是卫星移动通信系统中的研究热点之一。文献\\等研究了波束成形算法；文献\\提出了点波束确定算法，文献\\讨论了点波束的设计问题，为多波束天线的仿真建模提供了一定的参考。但是，目前在卫星多波束天线的OPNET仿真建模方面，还没有较为全面深入的研究。本文旨在研究基于OPNET的卫星多波束天线的仿真建模方法，为进一步建立基于OPNET的卫星移动通信系统仿真平台奠定基础。 1 卫星多波束天线几何模型 1.1 卫星多波束天线类型

通常，卫星多波束天线根据其辐射特点可分为等波束宽度和等波束面积两种。等波束宽度多波束天线是指各点波束的半功率波束宽度(点波束的天线视角)相等，其优点是各点波束天线的结构、参数等完全相同,只用生成一个点波束天线模型，分别设置不同点波束的指向即可，这有利于星载天线的简化；等波束面积多波束天线是指各点波束小区面积相等，其优点是等小区面积的覆盖,有利于系统为整个地面服务区内提供均匀覆盖的系统容量［3］。 1.2 卫星多波束天线小区结构

假设卫星多波束天线在地面形成M层的蜂窝小区，每层蜂窝有KM个蜂窝中心绕星下点对称分布，以y轴为参考轴，则第m层中的第n个蜂窝中心距星下点的距离和与参考轴所成的方位角为(如图1所示)： Lmn=d1m2+n2－mn (1)

αmn=cos－12m－n2m2+n2－mn (2)

其中:d1=r03，r0表示中心蜂窝半径；则第m层中的第n个蜂窝的中心坐标为： xmn=Lmnsin αmn ymn=Lmncos αmn (3)