反射面天线功率方向图变化范围的预测方法技术

本发明专利技术属涉及反射面天线功率方向图变化范围的预测方法，其包括以下步骤：(1)对天线的反射面进行网格划分；(2)计算口径面随机相位误差(3)得到面板随机误差影响下的反射面天线远场方向图E(θ,φ)；(4)给出面板误差影响下的反射面天线功率方向图P(θ,φ)的表达式；(5)给出步骤(4)得到的功率方向图P(θ,φ)的均值的表达式；(6)求面板误差影响下的反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))；(7)给出反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))的变化范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，具体涉及反射面天线功率方向图变化范围的预测方法。
技术介绍
反射面天线是一种典型的电子装备，其机械结构不仅是电性能实现的载体与保障，而且制约着电性能的实现。随着反射面天线向高频段、高增益、高指向精度等方向的应用，对其结构精度提出了更高的要求。然而反射面天线的误差源是来自多方面的，为了达到结构精度要求，需要根据不同误差源对天线电性能的影响关系，进行误差源公差指标的分配，其中反射面面板误差是其主要误差源之一。反射面面板在加工制造与装配环节中会引入制造误差和安装误差，这类误差具有概率分布特性，属于随机误差。关于反射面面板随机误差对天线电性能影响的研究，最早可以追溯到Ruze公式，它给出了面板均方根误差与反射面天线增益损失间的函数关系。进而，Yahya Rahmat-Samii研究了面板随机误差对反射面天线平均功率方向图的影响关系，获得了面板精度对天线增益和副瓣电平平均值的影响。王伟研究了面板位置误差对反射面天线功率方向图影响机理，获得了分块面板平移和倾斜引起的反射面天线功率方向图的变化。然而，Yahya Rahmat-Samii仅考虑了面板随机误差对天线功率方向图均值的影响。王伟考虑的是分块面板平移和倾斜的系统误差，不具有随机性。因此，这两种方法均无法评估面板随机误差下反射面天线功率方向的变化情况。因为在面板随机误差的影响下，反射面天线的增益和副瓣电平应该在平均值上下波动，仅利用功率方向图的均值来衡量面板随机误差对反射面天线电性能的影响是不全面的。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术公开了面板误差影响下反射面天线功率方向图变化范围的预测方法。该方法基于现有的反射面天线面板随机误差对平均功率方向图影响的关系式，根据概率统计方法推导获得了面板随机误差与反射面天线功率方向图方差的函数关系，采用切比雪夫不等式，给出了面板随机误差影响下功率方向图变化范围。本专利技术可用于指导反射面天线面板公差的合理确定。技术方案：反射面天线功率方向图变化范围的预测方法，包括以下步骤：(1)在已知抛物反射面天线结构参数和电磁参数的情况下，对天线的反射面进行网格划分，沿径向划分成N环，然后再将每一环划分为Kn(n＝1,2,…N)块网格；(2)假定步骤(1)的每一块网格的面板随机误差是相同的，且等于该网格区域内中心点处的误差，第n环第i块网格中心位置的轴向随机误差表示为εn,i，其引起的口径面随机相位误差为其中：λ为工作波长；ξn为第n环中心位置处的张角；(3)应用口径场法将步骤(2)的相位随机误差引入反射面天线远场方向图表达式中，得到面板随机误差影响下的反射面天线远场方向图E(θ,φ)，其表达式为，其中： E n , i = ∫ ∫ A ( n , i ) E 0 ( ρ ′ , φ ′ ) exp [ jkρ ′ s i n θ c o s ( φ - φ ′ ) ] ρ ′ dρ ′ dφ ′ ]]>(θ,φ)为远区观察方向；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；A(n,i)为反射面第n环第i块面板投影在口径面上的面积；E0(ρ′,φ′)为口径面的场分布函数；ρ′为馈源焦点到口径面上任意一点的距离；φ′为口径面内x轴到馈源与网格中心位置连线的转角；k为波数；j为虚数单位；(4)根据步骤(3)中反射面天线远场方向图E(θ,φ)的表达式，面板误差影响下的反射面天线功率方向图P(θ,φ)的表达式为：其中：E*(θ,φ)为场强方向图E(θ,φ)的共轭；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；Em,l为反射面第m环第l块面板对总辐射场的贡献；为Em,l的共轭；为反射面第n环第i块面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环第l块面板中心位置的随机相位误差；j为虚数单位；(5)假设各网格中面板由制造、安装所引入的随机误差是相互独立的，且每一环的面板随机误差服从均值为零，每一环的面板随机误差服从均值为零，方差为的高斯分布，步骤(4)得到的功率方向图P(θ,φ)的均值的表达式为：其中：为反射面第n环面板对总辐射场的贡献；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；为反射面第m环面板对总辐射场共轭的贡献；Em,l为反射面第m环第l块面板对总辐射场的贡献；为Em,l的共轭；j为虚数单位；为反射面第n环第i块面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环第l块面板中心位置的随机相位误差；σn为第n环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；(6)根据方差的计算公式，求面板误差影响下的反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))，其表达式为其中：En为反射面第n环面板对总辐射场的贡献；为反射面第m环面板对总辐射场共轭的贡献；Ep为反射面第p环面板对总辐射场的贡献；为反射面第q环面板对总辐射场共轭的贡献；j为虚数单位；为反射面第n环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第p环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第q环面板中心位置的随机相位误差；σn为第n环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σm为第m环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σp为第p环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σq为第q环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；(7)根据切比雪夫不等式，步骤(6)中反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))的变化范围为进一步地，步骤(5)第n环面板随机误差影响下相位误差的标准差值σn由下式确定其中：λ为工作波长；εn(rms)为第n环面板随机误差的均方根值；ξn为第n环中心位置处的张角。进一步地，步骤(7)包括以下步骤：(71)面板随机误差影响下功率方向图P(θ,φ)的均值为面板随机误差影响下功率方向图P(θ,φ)的方差为D(P(θ,φ))，根据切比雪夫不等式,取任意正数ε，功率方向图P(θ,φ)取值范围在内的概率为其中：Prob{本文档来自技高网...

【技术保护点】
反射面天线功率方向图变化范围的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在已知抛物反射面天线结构参数和电磁参数的情况下，对天线的反射面进行网格划分，沿径向划分成N环，然后再将每一环划分为Kn块网格；(2)假定步骤(1)的每一块网格的面板随机误差是相同的，且等于该网格区域内中心点处的误差，第n环第i块网格中心位置的轴向随机误差表示为εn,i，其引起的口径面随机相位误差为其中：λ为工作波长；ξn为第n环中心位置处的张角；(3)应用口径场法将步骤(2)的相位随机误差引入反射面天线远场方向图表达式中，得到面板随机误差影响下的反射面天线远场方向图E(θ,φ)，其表达式为，其中：En,i=∫∫A(n,i)E0(ρ′,φ′)exp[jkρ′sinθcos(φ-φ′)]ρ′dρ′dφ′]]>(θ,φ)为远区观察方向；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；A(n,i)为反射面第n环第i块面板投影在口径面上的面积；E0(ρ′,φ′)为口径面的场分布函数；ρ′为馈源焦点到口径面上任意一点的距离；φ′为口径面内x轴到馈源与网格中心位置连线的转角；k为波数；j为虚数单位；(4)根据步骤(3)中反射面天线远场方向图E(θ,φ)的表达式，面板误差影响下的反射面天线功率方向图P(θ,φ)的表达式为：其中：E*(θ,φ)为场强方向图E(θ,φ)的共轭；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；Em,l为反射面第m环第l块面板对总辐射场的贡献；为Em,l的共轭；为反射面第n环第i块面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环第l块面板中心位置的随机相位误差；j为虚数单位；(5)假设各网格中面板由制造、安装所引入的随机误差是相互独立的，且每一环的面板随机误差服从均值为零，每一环的面板随机误差服从均值为零，方差为的高斯分布，步骤(4)得到的功率方向图P(θ,φ)的均值的表达式为：其中：为反射面第n环面板对总辐射场的贡献；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；为反射面第m环面板对总辐射场共轭的贡献；Em,l为反射面第m环第l块面板对总辐射场的贡献；为Em,l的共轭；j为虚数单位；为反射面第n环第i块面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环第l块面板中心位置的随机相位误差；σn为第n环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；(6)根据方差的计算公式，求面板误差影响下的反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))，其表达式为其中：En为反射面第n环面板对总辐射场的贡献；为反射面第m环面板对总辐射场共轭的贡献；Ep为反射面第p环面板对总辐射场的贡献；为反射面第q环面板对总辐射场共轭的贡献；j为虚数单位；为反射面第n环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第m环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第p环面板中心位置的随机相位误差；为反射面第q环面板中心位置的随机相位误差；σn为第n环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σm为第m环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σp为第p环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；σq为第q环面板随机误差影响下相位误差的标准差值；(7)根据切比雪夫不等式，步骤(6)中反射面天线功率方向图方差D(P(θ,φ))的变化范围为...

【技术特征摘要】
1.反射面天线功率方向图变化范围的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在已知抛物反射面天线结构参数和电磁参数的情况下，对天线的反射面进行网格划分，沿径向划分成N环，然后再将每一环划分为Kn块网格；(2)假定步骤(1)的每一块网格的面板随机误差是相同的，且等于该网格区域内中心点处的误差，第n环第i块网格中心位置的轴向随机误差表示为εn,i，其引起的口径面随机相位误差为其中：λ为工作波长；ξn为第n环中心位置处的张角；(3)应用口径场法将步骤(2)的相位随机误差引入反射面天线远场方向图表达式中，得到面板随机误差影响下的反射面天线远场方向图E(θ,φ)，其表达式为，其中： E n , i = ∫ ∫ A ( n , i ) E 0 ( ρ ′ , φ ′ ) exp [ jkρ ′ s i n θ c o s ( φ - φ ′ ) ] ρ ′ dρ ′ dφ ′ ]]>(θ,φ)为远区观察方向；En,i为反射面第n环第i块面板对总辐射场的贡献；A(n,i)为反射面第n环第i块面板投影在口径面上的面积；E0(ρ′,φ′)为口径面的场分布函数；ρ′为馈源焦点到口径面上任意一点的距离；φ′为口径面内x轴到馈源与网格中心位置连线的转角；k为波数；j为虚数单位；(4)根据步骤(3)中反射面天线远场方向图E(θ,φ)的表达式，面板误差影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立伟，韩创，王伟，张超，李鹏，周金柱，李娜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61