[發(fā)明專利]一種熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310393515.8
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN103488818A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王從思;李輝;李兆;劉鑫;王偉鋒;康明魁;王偉;朱敏波;陳光達(dá);段寶巖;黃進(jìn);保宏;李江江
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;H01Q19/19;H01Q15/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.一種熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

（1）根據(jù)雙反射面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作頻率及材料屬性，在ANSYS軟件中建立未變形雙反射面天線有限元模型，提取未變形副反射面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元信息和主反射面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

（2）根據(jù)雙反射面天線所處環(huán)境的溫度載荷，在ANSYS軟件中對未變形雙反射面天線有限元模型加載溫度載荷，然后計(jì)算在該溫度載荷下的變形雙反射面天線有限元模型中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

（3）提取變形雙反射面天線有限元模型中主反射面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在FEKO軟件中建立雙反射面變形主反射面電磁模型；

（4）在變形雙反射面天線有限元模型中，提取變形副反射面的頂點(diǎn)坐標(biāo)；然后在步驟（3）建立的雙反射面變形主反射面電磁模型中，以提取的變形副反射面的頂點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)，即提取的變形副反射面頂點(diǎn)坐標(biāo)，和建立的用來代替變形副反射面的未變形副反射面的頂點(diǎn)坐標(biāo)相同；用未變形副反射面代替變形副反射面，建立補(bǔ)償前變形副反射面電磁模型，并在實(shí)饋源位置處建立點(diǎn)源；設(shè)置FEKO求解方法和求解參數(shù)，在天線變形主反射面、點(diǎn)源和變形副反射面的電磁模型中，計(jì)算補(bǔ)償前變形雙反射面天線的電性能；

（5）利用等效饋源法，把實(shí)饋源和副反射面的組合用位于虛焦點(diǎn)的等效饋源來代替，使雙反射面天線等效為只有主反射面和等效饋源的單反射面天線；

（6）利用遺傳優(yōu)化算法，對變形雙反射面天線中主反射面的六個(gè)變形參量進(jìn)行優(yōu)化，由六個(gè)變形參量計(jì)算雙反射面天線變形主反射面補(bǔ)償后的等效饋源位置和指向，由補(bǔ)償后的等效饋源位置和指向得到補(bǔ)償后副反射面的指向和頂點(diǎn)的調(diào)整位移，在天線熱變形主反射面、點(diǎn)源和變形副反射面的電磁模型中，根據(jù)頂點(diǎn)的調(diào)整位移來調(diào)整變形副反射面位置，然后改變其指向與補(bǔ)償后的等效饋源指向相同，設(shè)置FEKO軟件的求解方法和求解參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償后的變形雙反射面天線的電性能；

（7）比較補(bǔ)償前與補(bǔ)償后的變形雙反射面天線的電性能，判斷變形雙反射面天線補(bǔ)償前后的電性能是否滿足要求，如滿足要求，則計(jì)算得到的變形雙反射面天線的副反射面位置為能夠補(bǔ)償雙反射面天線電性能的最佳副反射面位置；否則，重新設(shè)置優(yōu)化參數(shù)，重復(fù)步驟（6），直至滿足要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，所述雙反射面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括口徑、副反射面頂點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)距離和主反射面的焦距。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙反射面天線熱變形的副面補(bǔ)償方法，其特征在于，所述雙反射面天線的材料屬性包括雙反射面天線背架材料和雙反射面天線主、副反射面面板的密度、熱傳導(dǎo)率、比熱、泊松比、彈性模量和熱膨脹系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，所述補(bǔ)償前的變形雙反射面天線的電性能為未補(bǔ)償變形雙反射面天線的天線增益；所述補(bǔ)償后的變形雙反射面天線的電性能為電性能為補(bǔ)償后的變形雙反射面天線增益。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，所述雙反射面天線利用等效饋源法把實(shí)饋源和副反射面的組合用位于虛焦點(diǎn)的等效饋源來代替，使雙反射面等效為只有主反射面和等效饋源的單反射面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，所述計(jì)算補(bǔ)償后的變形雙反射面天線的電性能按如下過程進(jìn)行：

（6a）利用步驟（1）得到的未變形雙反射面天線有限元模型中主反射面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，以及步驟（3）得到的變形雙反射面天線有限元模型中主反射面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，用遺傳算法，對未變形雙反射面天線的主反射面的頂點(diǎn)平移參量Δ_x、Δ_y、Δ_z，主反射面的旋轉(zhuǎn)參量φ_x、φ_y以及焦距變化量Δ_f六個(gè)變形參量進(jìn)行優(yōu)化；由變形雙反射面天線的主反射面對變形主反射面的吻合面的軸向均方根誤差，令這個(gè)軸向均方根誤差最小來確定吻合拋物面的六個(gè)變形參量，由六個(gè)變形參量確定饋源的焦軸指向，進(jìn)而得到新焦點(diǎn)的位置；

（6b）在（6a）中得到的天線變形主反射面、點(diǎn)源和調(diào)整位置后變形副反射面的電磁模型里，設(shè)置FEKO軟件的求解方法和求解參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償后的變形雙反射面天線的電性能。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種熱變形大型雙反射面天線的副反射面位置補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟（6a）中，得到新焦點(diǎn)的位置通過下述方法實(shí)現(xiàn)：

6a-1）設(shè)未變形雙反射面天線的主反射面上一點(diǎn)P(x_p,y_p,z_p),在變形主反射面的吻合面上對應(yīng)點(diǎn)P₀(x_p,y_p,z₀)，在變形雙反射面天線的主反射面上對應(yīng)點(diǎn)P₁(x_p,y_p,z₁)；

未變形雙反射面天線的主反射面的母線方程是：

zp=xp2+yp24f]]>

由于變形主反射面的吻合面是由未變形雙反射面天線的主反射面的頂點(diǎn)移動(dòng)、整體旋轉(zhuǎn)及焦距變化得到的，因此可以得到P₀點(diǎn)沿Z軸的近似軸向坐標(biāo)為：

z0=(xp-Δx)2+(yp-Δy)24(f+Δf)+Δz+ypφx-xpφy]]>

Δx、Δy、Δz為變形雙反射面天線的主反射面頂點(diǎn)在原坐標(biāo)系O-xyz中的位移，φ_x、φ_y分別為變形雙反射面天線的主反射面繞原坐標(biāo)軸O-xyz中x、y軸的轉(zhuǎn)角，f為焦距，Δf為焦距變化量；

6a-2）采用變形雙反射面天線的主反射面上點(diǎn)P₁與變形主反射面的吻合面上點(diǎn)P₀的軸向誤差δ來構(gòu)造條件方程組：

δi=z1i-z0i=z1-[(xpi-Δx)2+(ypi-Δy)24(f+Δf)+Δz+ypiφx-xpiφy]]]>

式中：i＝1,2,…，N,N為主反射面的節(jié)點(diǎn)數(shù)；

6a-3）建立如下優(yōu)化數(shù)學(xué)模型計(jì)算最優(yōu)等效饋源位置參數(shù)：

Min:Rms=Σi=1Nδi2N]]>

式中，Rms為軸向均方根誤差，利用遺傳算法來對優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，來確定變形雙反射面天線中主反射面的六個(gè)變形參量Δx、Δy、Δz、φ_x、φ_y以及Δf；

6a-4）由六個(gè)變形參量Δx、Δy、Δz、φ_x、φ_y及Δf，可知新的等效饋源的位置(x_feq,y_feq,z_feq)：

由于Δx、Δy、Δz為變形雙反射面天線的主反射面頂點(diǎn)的平移量，即副反射面和等效饋源均移動(dòng)Δx、Δy和Δz，所以由新的等效饋源位置可以得到副反射面的頂點(diǎn)位置(x_F,y_F,z_F)：

其中，l為等效饋源到副反射面頂點(diǎn)距離；由φ_x、φ_y就可以確定等效饋源的指向；

在步驟（4）得到的變形副反射面的頂點(diǎn)坐標(biāo)(x_D,y_D,z_D)，可得變形副反射面頂點(diǎn)到補(bǔ)償后副反射面頂點(diǎn)的調(diào)整位移(x_d，y_d，z_d)，即:

xd=xF-xDyd=yF-yDzd=zF-zD]]>

根據(jù)頂點(diǎn)位移，在天線變形主反射面、點(diǎn)源和變形副反射面的電磁模型中移動(dòng)未變形副反射面位置，使變形副反射面頂點(diǎn)移動(dòng)(x_d，y_d，z_d)，然后調(diào)整變形副反射面的指向與等效饋源的指向重合，即繞局部坐標(biāo)系O₁-X₁Y₁Z₁中X₁軸、Y₁軸先后旋轉(zhuǎn)φ_x、φ_y角度得到。