北京理工大学的一个研究团队介绍了一种创新的有源多波束天线设计方法，该方法可能成为未来6G卫星网络的关键组成部分。这种新方法旨在解决传统多波束天线技术的重大局限性，特别是在满足甚高吞吐量卫星（VHTS）系统的苛刻要求方面。
VHTS系统中的传统多波束天线通常在Ka波段工作，用于广泛的区域覆盖，采用覆盖500多个波束的7色频率复用方案。然而，当前的天线技术，即多孔径和无源多馈电多波束天线，在覆盖大面积时遇到了实质性的性能问题。多孔径天线通常使用三到四个反射器天线，在边缘处波束增益降低、波束变形和旁瓣增加的问题上苦苦挣扎。相反，当馈电计数超过500时，依赖于波导波束形成结构的无源多馈电系统变得过于复杂且难以管理，这是大规模卫星工程的常见要求。
为了应对这些挑战，引入了广泛应用于移动通信卫星的有源多馈天线。这些天线使用大型网状反射器与多馈电阵列相结合，以实现高水平的子波束重叠，通过综合阵列合成优化波束的增益和旁瓣。然而，这些系统使用的12色频率复用方案导致载波干扰比（C/I）约为12dB，这对于使用7色频率复用策略需要15dB C/I比的VHTS应用来说是不够的。此外，波束形成网络的复杂性随着所需波束数量的增加而急剧增加。
为了解决这些问题，研究团队提出了一种新的设计方法，该方法结合了多目标协作和多馈送幅度和相位加权优化算法。该方法优化了馈源的振幅和相位激励系数，并根据馈源数量、合成波束的增益和所需的C/I比建立了目标函数。该方法还包括使用基于人工智能（AI）的卷积自编码器代理模型来有效地找到最佳的波束激励系数，从而显著加速了优化过程。
所提出的方法包括一个八步过程，从GRASP模型开始分析关键的光束参数。然后，研究人员构建并训练了一个卷积自编码器模型，以识别和利用优化中的非线性参数。采用最大最小算法迭代地细化这些参数，并使用GRASP模型验证最终优化的波束图案。
当在仿真中应用于VHTS技术要求时，所设计的有源多波束天线显示出令人印象深刻的性能。它实现了超过50 dBi的超高增益和大于18 dB的C/I比，同时覆盖了近千个波束。这些结果表明，这种天线设计可以支持每秒太比特（Tbps）级别的通信容量，使其成为下一代卫星网络的有前景的解决方案。
