[發明專利]基于遠場的變形反射面天線相位中心修正方法

有效

• 申請號: 201310436340.4
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103490172A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 連培園;王偉;段寶巖;朱敏波;李鵬;張逸群;許萬業;胡乃崗;楊癸庚
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q19/10
• 分類號: H01Q19/10;H01Q3/32
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體是一種基于遠場的變形反射面天線相位中心修正方法。應用于對變形反射面天線的相心修正或饋源調整。

背景技術

微波天線是一種典型的機電結合裝備，反射面天線是其中應用最為廣泛的一種。隨著科學技術的發展，面天線向著高頻率、高增益、大口徑的方向發展，外載荷，如熱、重力、風等引起的變形嚴重惡化了天線的電性能。

為了保證天線電性能，必須采取一定措施減小反射面變形對電性能的影響。最簡單的一種折中方法是尋找合理的面板安裝調整角，使重力作用下的天線在各個仰角處的型面加權精度最高。針對拋物面天線，簡單有效的補償方法是找到最佳吻合拋物面，將饋源調整到最佳吻合拋物面的焦點以減小系統誤差。針對賦形卡式天線的重力變形，可對變形主反射面進行分段吻合，找到新的副面位置來補償主面變形。目前也有相關文獻從機電耦合的角度出發，以電性能為目標對饋源位置進行優化，尋求變形反射面天線的最優相位中心。

上述現有的方法，有一個共同前提就是已知反射面的變形信息，即天線真實變形需實測或者由有限元模型仿真得到。實際上天線所處環境復雜，風荷、太陽照射、結構關節間隙、地面和天空輻射等因素在有限元模型中很難準確模擬，結構有限元分析結果的準確性值得商榷，長期服役的天線也可能發生永久未知變形，因此根據有限元模型仿真得到的反射面變形信息對饋源進行調整存在著較大誤差。采用測量工具，如攝影測量，微波全息測量，激光全站儀等，雖然可真實反映反射面的真實變形信息，但在天線工作過程中進行測量是不很方便的，且隨著大口徑天線的發展，測量天線反射面變形的工作量比較大，耗時比較長，工程中應用非常不便。工程中測試人員采用的方法則是，測量天線遠場方向圖，根據遠場方向圖副瓣的對稱性能，根據經驗判斷副面或饋源如何調整，通常調整次數較多，耗時較長。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有方法的不足，提出一種基于遠場的變形反射面天線相位中心修正方法，以在反射面變形未知的情況下實現對饋源或副面的調整，完成對主面變形的補償。

實現本發明目的的技術方案是：基于口徑場方法，用變形反射面的最佳吻合參數描述最佳吻合拋物面的口徑面總光程差；將光程差轉換為相位差，帶入遠場計算公式中，基于一階泰勒級數展開，推導出天線遠場場強對最佳吻合參數的敏度；將遠場場強與最佳吻合參數組成一個線性方程組；根據測得的遠場場強，基于MATLAB的左除運算，求解上述線性方程組中最佳吻合參數的最小二乘解；根據最佳吻合參數的最小二乘解計算饋源空間位置的調整量。具體步驟包括如下：

（1）用變形反射面天線的最佳吻合參數p，建立最佳吻合拋物面的口徑面總光程差δ；

（2）用步驟（1）中的口徑面總光程差δ，建立最佳吻合拋物面的口徑面相位差

（3）根據口徑場方法，利用步驟（2）中的口徑面相位差建立變形反射面天線的遠場電場E′(θ,φ)計算公式：

式中，θ為球坐標系的仰角，φ為球坐標系的方位角，該球坐標系的圓心處于口徑面中心o₀，對應的笛卡爾坐標系為o₀x₀y₀z₀，ρ′為x₀o₀y₀平面內極坐標的極徑分量，φ′為x₀o₀y₀平面內極坐標的極角分量，Q(ρ′,φ′)為口徑場分布函數，j為虛數符號，為波常數，f′為工作頻率，c′為光速，A為反射面天線在x₀o₀y₀平面上的投影面積；

（4）對步驟（3）中指數項進行一階泰勒級數展開，用最佳吻合參數p表示近似遠場電場E′_a(θ,φ)：

E′_a(θ,φ)＝E(θ,φ)+c^T(θ,φ)·p，

其中，c(θ,φ)為遠場測量點(θ,φ)處的電場對最佳吻合參數p的敏度列向量，E(θ,φ)為遠場測量點(θ,φ)處的理想電場，上標T為矩陣轉置運算符；

（5）在主波束附近選擇m個遠場測量點(θ_i,φ_i)，i＝1,2,…,m，m≥6，分別帶入步驟（4）近似遠場電場E′_a(θ,φ)中，組成以最佳吻合參數p為變量的線性方程組：