[發(fā)明專利]一種橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)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(shè)計）人: 劉興隆;杜彪;周建寨;解磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)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(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了一種橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)計方法，屬于衛(wèi)星通信天線設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括口面場函數(shù)和過渡函數(shù)的參數(shù)化；以口面場函數(shù)和過渡函數(shù)的參數(shù)構(gòu)成種群個體，基于DEGL算法進(jìn)行種群迭代；以最后一代種群中的最優(yōu)個體對天線進(jìn)行賦形，得到橢圓波束卡塞格倫天線的最優(yōu)設(shè)計等步驟。本發(fā)明方法可以快速優(yōu)化設(shè)計出高效率、低旁瓣、低交叉極化、大軸比的橢圓波束天線，是對現(xiàn)有天線設(shè)計方法的一個重要改進(jìn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信天線設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)計方法。本發(fā)明可用于為移動衛(wèi)星站，特別是星載、車載、機載等空間有限的衛(wèi)星通信站設(shè)計高性能、低剖面的天線。

背景技術(shù)

在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中，賦型雙反射面天線技術(shù)是目前研究的主流方向。其中，賦形橢圓波束卡塞格倫天線由于其可以形成大軸比橢圓波束，實現(xiàn)低剖面和高效率，因而格外受到人們的關(guān)注。

目前，在賦形橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)計中，口面場和過渡函數(shù)是設(shè)計的關(guān)鍵要素。常規(guī)的經(jīng)典口面場有廣義特勒位移分布、指數(shù)分布、漢森分布等形式，但是這些形式只適用于圓口徑天線，對于橢圓口徑不再適用。為此，現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)展出了試錯法來對口面場和過渡函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，但是，這種方式效率很低，難以快速找到最優(yōu)的口面場分布和過渡函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)計方法，該方法能夠用較少的控制參數(shù)解決快速尋優(yōu)問題，可用于快速優(yōu)化設(shè)計出高效率、低旁瓣、低交叉極化、大軸比的橢圓波束天線。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種橢圓波束卡塞格倫天線的設(shè)計方法，其包括以下步驟：

(A1)將長、短軸平面內(nèi)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(gòu)成種群個體，基于DEGL算法進(jìn)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(jìn)行賦形，得到橢圓波束卡塞格倫天線的最優(yōu)設(shè)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(jìn)行賦形，得到天線的模型；

(B2)利用物理光學(xué)法和物理繞射法對天線模型進(jìn)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(biāo)，同時保證工作頻帶內(nèi)的第一旁瓣滿足設(shè)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(yīng)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(yīng)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。

具體地，所述步驟(A1)中的長、短軸平面內(nèi)的口面場函數(shù)分別為：

和

其中，F(xiàn)_90°(u)為長軸平面內(nèi)的口面場函數(shù)，F(xiàn)_0°(u)為短軸平面內(nèi)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(quán)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(biāo)，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)：