[發明專利]一種橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法

有效

• 申請號: 201811295333.6
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109408986B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 劉興隆;杜彪;周建寨;解磊
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

1.一種橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(A1)將長、短軸平面內的口面場函數以及過渡函數參數化；

(A2)以口面場函數和過渡函數的參數構成種群個體，基于DEGL算法進行種群迭代；迭代過程中，約束第一旁瓣，優化橢圓波束天線的效率；

(A3)以最后一代種群中的最優個體對天線進行賦形，得到橢圓波束卡塞格倫天線的最優設計；

所述步驟(A2)中，初代種群中的每一個個體隨機生成，每一后代種群的生成方式均包括以下步驟：

(B1)以前代種群中每個個體的口面場函數參數和過渡函數參數為變量對橢圓波束卡塞格倫天線進行賦形，得到天線的模型；

(B2)利用物理光學法和物理繞射法對天線模型進行仿真計算，得到天線模型的效率和第一旁瓣；

(B3)根據天線模型的效率和第一旁瓣，以最大化天線的效率為目標，同時保證工作頻帶內的第一旁瓣滿足設計要求，選取前代種群中的全局最優個體，并在前代種群每個個體的鄰域中選取該個體所對應的鄰域最優個體；

(B4)針對前代種群中的每一個個體，根據該個體所對應的鄰域最優個體和全局最優個體求取該個體的變異算子、交叉算子和選擇算子，并基于選擇算子生成該個體的下一代個體。

2.根據權利要求1所述的橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法，其特征在于，所述步驟(A1)中的長、短軸平面內的口面場函數分別為：

和

其中，F_90°(u)為長軸平面內的口面場函數，F_0°(u)為短軸平面內的口面場函數，F_90°(u)和F_0°(u)的函數形式均為k次NURBS口面場曲線；ω_i為權因子，d_i、d′_i分別表示長、短軸平面中的第i個控制點坐標，N_i,k(u)為k次規范B樣條基函數；

過渡函數為只有一個參數q的正弦指數函數：

所述步驟(A2)中的種群個體為：

X＝[d₀,...,d_i,...,d_n,d′₀,...,d′_i,...,d′_n,q]。

3.根據權利要求2所述的橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法，其特征在于，所述步驟(B1)的具體方式為：

(B101)在短軸平面中，由短軸平面內的口面場函數以及包括主反射面短軸直徑、副反射面短軸直徑、饋源照射角度、最大照射角、焦徑比和饋源方向圖在內的初始參數，應用卡塞格倫天線的賦型方法，通過求解偏微分方程組的方式計算得到短軸平面中的副反射面曲線r_0°(θ)；

(B102)在長軸平面中，由長軸平面內的口面場函數以及包括主反射面長軸直徑、副反射面長軸直徑、與短軸平面中相同的光程在內的初始參數，應用卡塞格倫天線的賦型方法，通過求解偏微分方程組的方式求出長軸平面中的副反射面曲線r_90°(θ)；

(B103)以長、短軸平面中的副反射面曲線r_90°(θ)和r_0°(θ)為母線，通過正弦指數函數確定出長、短軸平面之間的副反射面曲面：再經過兩次鏡像對稱即得到整個副反射面的曲面坐標；

(B104)在三維空間中應用反射定律和等光程原理求出主反射面，完成橢圓波束卡塞格倫天線的快速賦形，得到天線的模型。

4.根據權利要求3所述的橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法，其特征在于，步驟(B102)中所述的副反射面長軸直徑是通過梯度步進尋零法進行選取的，具體方式為：

設定閾值ε，對副反射面長軸直徑D_s90°進行迭代：

其中，k為迭代次數，ΔP為當前迭代次數下r_90°(0)與r_0°(0)之間的距離|r_90°(0)-r_0°(0)|；

經過多次迭代，直到ΔP≤ε，此時的D_s90°即為所選取的副反射面長軸直徑。