[發明專利]一種變形大型單反射面天線的饋源位置補償方法

有效

• 申請號: 201310393511.X
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103488817A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王從思;李輝;李兆;劉鑫;王偉;朱敏波;陳光達;段寶巖;黃進;保宏;宋立偉;李鵬;李娜;李江江
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H01Q19/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體是一種變形大型單反射面天線的補償方法，用于指導變形大型單反射面天線的饋源位置調整，使其電性能達到最優。

背景技術

隨著大口徑、高頻段的反射面天線日益廣泛應用到通信和宇宙探索等領域中，天線結構與電磁性能之間的關系越來越密切，即使天線結構設計合理，但是由于熱、重力、風等作用引起反射面的微小變形，也會對高頻段天線的電性能產生嚴重的影響。在過去只要通過Ruze公式，由可接受的電性能損耗指標計算出加工反射面表面均方根誤差，隨著工作頻率的增高，現有的制造工藝越來越難以實現這個反射面均方根誤差。

為降低變形對單反射面天線電性能的影響，國內外學者提出了眾多的反射面變形補償方法。這就使得在工程中不需要拘泥與單反射面天線的形狀與與原設計曲面完全一致，只需要實際單反射面天線與原設計曲面為同族的近似拋物面，就可保證電性能。但是多數研究人員對變形單反射面天線的變形進行分析，得到的數學表達式不僅比較繁瑣、求解復雜，而且不能反映反射面的真實變形情況，這就使以上補償方法在實際應用中因補償計算代價大，難以進行有效應用。

因此，有必要根據天線結構和反射面節點位移的分析，來對變形反射面天線的變形參數進行研究，以確定變形曲面方程，然后根據這些變形參數來確定變形反射面天線的饋源最佳位置和指向以補償天線的電性能，這一過程即為一種變形大型單反射面天線的饋源位置補償方法。

發明內容

針對上述補償方法存在的不足，本發明的目的在于提供一種變形大型單反射面天線的饋源位置補償方法，該方法針對單反射天線，通過改變饋源的位置及其指向以改善變形單反射面天線的電性能。

為了實現上述目的，本發明提供的補償方法包括如下步驟：

（1）根據單反射面天線的結構參數、工作頻率及材料屬性，在ANSYS中建立未變形單反射面天線有限元模型，提取未變形單反射面天線有限元模型主反射面的節點坐標；

（2）根據單反射面天線所處環境的溫度載荷，在ANSYS軟件中對未變形單反射面天線有限元模型加載溫度載荷，然后計算在該溫度載荷下的變形單反射面天線有限元模型的各個節點坐標；

（3）提取變形單反射面天線有限元模型主反射面的節點坐標，在FEKO軟件中建立單反射面天線熱變形主反射面的電磁模型；

（4）在補償前單反射面天線熱變形主反射面的電磁模型中，以未變形單反射面天線設計焦點為饋源位置，在此位置建立點源代替饋源；設置FEKO求解方法和求解參數，在補償前單反射面天線熱變形主反射面的電磁模型中，計算補償前變形單反射面天線的電性能；

（5）利用遺傳優化算法，對變形單反射面天線中變形主反射面的六個變形參量進行優化，由六個變形參量計算單反射面天線熱變形主反射面補償后的饋源位置和焦軸指向，計算得到的饋源位置建立點源，使點源的指向與計算得到的焦軸指向一致；設置FEKO求解方法和求解參數，在補償后單反射面天線熱變形主反射面的電磁模型中，計算補償后變形單反射面天線的電性能；

（6）比較補償前與補償后的變形單反射面天線的電性能，判斷變形單反射面天線補償前后的電性能提高量是否滿足要求，如滿足要求，則計算得到的變形單反射面天線饋源位置為能夠補償單反射面天線電性能的最佳饋源位置；否則，重新設置優化參數，重復步驟（5），直至滿足要求。

所述單反射面天線的結構參數包括口徑和焦距。

所述單反射面天線的材料屬性包括單反射面天線背架材料和單反射面天線面板的密度、熱傳導率、比熱、泊松比、彈性模量和熱膨脹系數。

所述補償前的變形單反射面天線的電性能為未補償變形單反射面天線的天線增益；所述補償后的變形單反射面天線的電性能為補償后變形單反射面天線增益。

所述步驟（5）中，計算單反射面天線熱變形主反射面補償后的電性能按如下過程進行：

（5a）利用步驟（1）提取的未變形單反射面天線有限元模型主反射面的節點坐標和步驟（3）提取的變形單反射面天線有限元模型主反射面的節點坐標，利用遺傳算法，對吻合拋物面的頂點相對于原坐標系O-xyz中的位移Δx、Δy、Δz和吻合拋物面繞原坐標系的旋轉參量φ_x、φ_y及焦距變化量Δf六個變形參量進行優化；由變形單反射面天線對吻合拋物面得到軸向均方根誤差，令軸向均方根誤差最小來確定吻合拋物面的六個變形參量，由六個變形參量確定饋源的焦軸指向，進而得到新焦點的位置；