[發(fā)明專利]一種橢圓波束卡塞格倫天線的設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811295333.6
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109408986B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)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(shù)以及過渡函數(shù)參數(shù)化；

(A2)以口面場函數(shù)和過渡函數(shù)的參數(shù)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(yōu)化橢圓波束天線的效率；

(A3)以最后一代種群中的最優(yōu)個體對天線進行賦形，得到橢圓波束卡塞格倫天線的最優(yōu)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(shù)參數(shù)和過渡函數(shù)參數(shù)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(jù)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(yōu)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(yōu)個體；

(B4)針對前代種群中的每一個個體，根據(jù)該個體所對應的鄰域最優(yōu)個體和全局最優(yōu)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(jù)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(shù)分別為：

和

其中，F(xiàn)_90°(u)為長軸平面內的口面場函數(shù)，F(xiàn)_0°(u)為短軸平面內的口面場函數(shù)，F(xiàn)_90°(u)和F_0°(u)的函數(shù)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(guī)范B樣條基函數(shù)；

過渡函數(shù)為只有一個參數(shù)q的正弦指數(shù)函數(shù)：

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(jù)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(shù)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(shù)，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(shù)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(shù)，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(shù)函數(shù)確定出長、短軸平面之間的副反射面曲面：再經(jīng)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(jù)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(shù)，ΔP為當前迭代次數(shù)下r_90°(0)與r_0°(0)之間的距離|r_90°(0)-r_0°(0)|；

經(jīng)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。