[發明專利]一種卡塞格倫天線探測系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201310717135.5
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103746187A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 劉小明;俞俊生;陳曉東
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01Q3/20
• 分類號: H01Q3/20;H01Q19/18;H01Q19/185;H01Q19/19
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 王一斌;王琦

技術領域

本發明涉及毫米波與亞毫米波天線領域，特別涉及一種卡塞格倫天線探測系統及其設計方法。

背景技術

目前，毫米波與亞毫米波天線廣泛地應用于地球探測、大氣遙感、海事衛星以及射電天文領域。在各領域毫米波與亞毫米波的探測系統中運用了大量的輻射系統，這些輻射系統中有一個關鍵子系統為天線系統。為實現高增益、窄波束天線，通常采用大尺寸的反射鏡天線。傳統的反射鏡天線主要有拋物面天線以及卡賽格倫天線。這些傳統的反射鏡天線的出射方向是確定的。因此，對于一些要求進行掃描的探測系統，通常通過機械控制來移動整個天線系統來實現，或者通過移動衛星本身來實現。這些機械控制系統的缺點很明顯，原因是要移動整個大尺寸的反射鏡天線或者整個衛星系統，要引入復雜的機電系統。同時，移動整個大尺寸的反射鏡天線或者整個衛星系統會引起衛星系統（或探測系統）的動量不平衡，從而引起衛星系統（或探測系統）偏移運行軌道。

因此，有必要對天線系統的設計進行重新考慮，使得對探測區域的掃描不需要移動整個天線系統或者整個衛星系統，而是移動天線系統的相對小的子系統或者子器件便能實現對探測區域的掃描。進一步說，就是要通過引入算法對天線進行設計，從而減輕單純機械控制掃描的復雜性，克服單純機械控制掃描的缺點。這種算法實現了對反射鏡面的數值定義，因而稱為賦形面算法，得出的反射鏡稱為賦形面。

目前已有的賦形面算法中主要是通過在已有的標準天線形面為起點，逐漸改變天線的形面，使得天線達到高增益、高效率的性能。或者，完成通過數值定義來實現反射鏡的賦形。但這一類賦形面算法中，仍然沒有解決單純機械控制掃描的復雜性的問題。盡管有算法能夠實現卡賽格倫天線的副反射鏡面的賦形，并利用旋轉副反射鏡面來實現掃描，還在一定的程度上減輕了機械掃描的動量不平衡問題，但這種方法同時引來了新的問題。因為副反射鏡的固定是一個難題。要實現旋轉狀態下的副反射鏡的機械精度是一個比較大的挑戰。另外，卡賽格倫天線的副反射鏡的尺寸仍然比較大，動量不平衡仍然可能存在。

由此可見，目前的賦形面算法中，大部分并不適用于解決單純機械控制掃描所帶來的問題。而通過卡賽格倫天線的副反射鏡面賦形的算法，仍然沒有完全解決單純機械控制掃描所帶來的問題，甚至還帶來的新的問題。因此，要解決該問題，必須引入新的賦形面算法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種卡塞格倫天線探測系統及其設計方法，通過繞主反射鏡的對稱軸整體旋轉具有更小尺寸的賦型反射鏡和平面鏡，使得出射方向繞主反射鏡的對稱軸整體旋轉，從而達到掃描的目的，大大減小了旋轉過程中的動量不守恒。

本發明提供的一種卡塞格倫天線探測系統，包括：中心具有開孔的主反射鏡、分別位于主反射鏡兩側的饋源和副反射鏡、以及與饋源位于主反射鏡的同一側的賦型反射鏡和平面鏡；

饋源發出的光線依次經過賦型反射鏡、平面鏡的反射，通過主反射鏡的開孔，再經過副反射鏡、主反射鏡的反射后出射；

所述賦型反射鏡和平面鏡可同時繞主反射鏡的中心軸旋轉，以改變光線的出射場。

優選地，所述主反射鏡為中心具有開孔的拋物面鏡面，副反射鏡為雙曲反射面鏡面。

優選地，所述賦型反射鏡的中心位于所述主反射鏡的中心軸上。

本發明還提供了一種卡塞格倫天線探測系統的設計方法，包括如下步驟：

確定所述主反射鏡、饋源、副反射鏡、平面鏡的全部參數；

確定所述賦型反射鏡的光心點的參數，并根據該光心點的參數、以及所述主反射鏡、饋源、副反射鏡、平面鏡的全部參數確定經過各反射鏡光心的光線從饋源至主反射鏡的總光程；

根據總光程確定所述賦型反射鏡的全部參數。

優選地，所述確定所述主反射鏡、饋源、副反射鏡、平面鏡的全部參數包括：

根據主反射鏡的形狀確定主反射鏡的表面參數，根據副反射鏡的形狀確定副反射鏡的表面參數，確定饋源的位置、出射角度和出射平面，確定平面鏡的表面參數和法向向量。

優選地，所述確定所述賦型反射鏡的光心點的參數，并根據該光心點的參數、以及所述主反射鏡、饋源、副反射鏡、平面鏡的全部參數確定光線從饋源至主反射鏡的總光程包括：

離散化處理所述主反射鏡、饋源、副反射鏡、平面鏡的全部參數，

分別確定自出射平面至主反射鏡的光心點的距離、自主反射鏡的光心點至副反射鏡的距離、自副反射鏡至平面鏡的距離、自平面鏡至賦型反射鏡的光心點的距離、以及自饋源至賦型反射鏡的光心點的距離，各距離的總和為光線從饋源至主反射鏡的總光程。

優選地，所述根據總光程確定所述賦型反射鏡的全部參數包括：