本发明专利技术公开了一种基于变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式的馈源定位方法，该方法以天线结构力学分析为基础，确定反射面面变形节点坐标与外部载荷的关系，分别给出表面误差和馈源误差与远场方向图的函数关系式。综合表面误差和馈源误差对反射面天线远场方向图的影响，得到变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式，建立最佳电性能情况下寻找反射面天线馈源最佳相位中心的优化模型。求解优化模型，确定馈源的最佳调整量。依据最佳调整量通过调整机构调整馈源，实现馈源的定位。本发明专利技术具有明显提高反射面电性能，可用于反射面天线馈源的定位。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线
，具体是一种，用于指导馈源位置调整使反射面天线电性能达到最佳。
技术介绍
随着科学技术的发展，反射面天线应用到了地面通信天线、星载可展开天线、射电天文望远镜等诸多方面，同时也对反射面天线电性能指标提出了更高的要求，如高增益，窄波束，高效率，低旁瓣电平等电性能指标。因此对反射面天线的加工、制造、安装提出了更加严格的指标，但由于反射面天线在实际的工作环境中，将受到外部载荷，包括自重、风荷、惯性载荷、冰雪载荷的影响，造成反射面天线的反射面表面变形和馈源的位置变化，导致反射面和馈源偏离了原来的设计位置，这些都将导致电性能降低，引起增益下降，旁瓣电平提高，从而满足不了电性能指标的要求。针对此种情况，需对反射面和馈源进行调整，使电性能达到最佳。 反射面变形可通过面板实时调整来达到变形后最佳情况，但反射面不可能精确调整到最初理想反射面的情况，因此馈源的调整也将必不可少。目前，常用的反射面天线馈源调整定位方法有如下几种 (1)最佳吻合抛物面的馈源定位方法通过反射面的变形信息拟合出最佳吻合抛物面，最佳吻合抛物面将具有新的焦点和焦距，可将馈源的相位中心调整到新的焦点上，表面误差就只有对最佳吻合抛物面的偏差，误差量减小，可提高反射面天线的电性能。这一方法在《天线结构分析、优化与测量》(段宝岩编著.西安西安电子科技大学出版社，1998.10)书中有所报导。其中最佳吻合抛物面是变形后的反射面中的表面误差均方根值最小的一个。最佳吻合抛物面的方法，由于只是在结构上考虑了天线的几何关系，一味地满足反射面天线设计最初的理想结构形式，没有对最终电性能指标情况进行考虑，因而存在着电性能情况不明确的问题。 (2)效率最佳的馈源定位方法基于变形反射面天线馈源相位中心的效率表达式，采用优化的方法，寻找最优的馈源相位中心位置来满足效率最大化，进而调整馈源的相位中心位置到最优的馈源相位中心位置。这种方法在《西安电子科技大学学报》1990年第17卷第4期“变形反射面天线效率与馈源相位中心的研究”(徐国华、漆一宏、段宝岩、王五兔著)文献中有所报导。变形反射面天线馈源相位中心的效率表达式虽考虑了效率问题，但该效率只是反射面天线的辐射功率与天线从馈线得到的净功率之比，可以理解为天线的利用面积的效率问题，并没有与天线的电性能的增益、副瓣电平、波束宽度等关键指标进行联系，不能够直接反映反射面天线的电性能情况。 虽然采用上述两种方法，都可以对反射面天线馈源进行调整定位，但存在的最大不足是不能够直接反映反射面天线的电性能情况，馈源的定位位置并不是电性能最佳的位置，造成天线的整体工作性能低。 专利技术的内容 本专利技术的目的是避免现有技术的不足，提供一种基于变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图关系表达式的，指导反射面天线馈源的精确调整，以提高天线的整体工作性能。 实现本专利技术目的的技术方案是，首先以天线结构力学分析为基础，给出反射面的实际变形信息，进而根据变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式，然后采用优化方法确定馈源相位中心的最佳调整量，最后依据最佳调整量通过调整机构调整馈源，具体步骤如下 A对反射面天线结构进行力学分析，并通过刚度方程得到反射面的实际变形信息{δ} {δ}＝-1{P} (1) 式中，为反射面天线的刚度矩阵，{P}为作用于反射面天线结构上的荷载向量； B根据得到的实际变形信息{δ}，通过全局插值方法Shepard确定反射面表面误差Δz Δz＝Shepard({δ})； (2) C利用反射面的表面误差Δz，构建表面误差Δz与反射面天线远场方向图Es(θ，φ)的函数关系式 式中，f(ξ，φ′)为馈源的远场方向图函数，r′为焦点到反射面上任意一点的距离，λ为工作波长，ξ为反射面天线焦径与焦轴的夹角，k为传播常数，ρ′为口径面上任意一点到中心的距离，φ′为ρ′与x轴的夹角，θ，φ分别为远场观察点的水平角和俯仰角，A为反射面天线的口径面； D构建馈源误差即馈源相位中心位置误差和角度误差与远场方向图Ef(θ，φ)的函数关系式 式中，f(ξ+δξ，φ′+δφ′)为存在馈源角度误差情况下的馈源远场方向图函数，δξ，δφ′分别为馈源方向图在ξ，φ′方向的角度误差， 为馈源的相位中心的位置误差， 为r′方向上的单位矢量； E综合表面误差和馈源误差与反射面天线远场方向图的函数关系式，得到变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图E(θ，φ)的函数关系式 F利用变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式，构建在天线性能最佳情况下，馈源相位中心的最佳位置误差 和最佳角度误差δξ，δφ′的优化数学模型 式中，ξ， 分别为馈源方向图在ξ方向的角度误差的下限和上限，φ′， 分别为馈源方向图在φ′方向的角度误差的下限和上限， 为最佳吻合抛物面所确定的新焦点位置，r0为以最佳吻合抛物面所确定的新焦点为中心的空间约束上限； G根据优化模型得到的馈源相位中心最佳位置误差 和最佳角度误差δξ，δφ′，通过调整机构改变馈源的位置，实现馈源的定位。 本专利技术由于采用了变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式，并针对天线的实际工作状况，分析其反射面变形信息，通过优化确定馈源的最佳调整量，完成馈源的定位，从而实现了在理论指导下，对天线系统整体性能的改善指明了方向。 仿真试验证明，用本专利技术的方法可以实现馈源的定位和提高反射面天线的整体工作性能。 以下参照附图对本专利技术作进一步详细描述 附图说明 图1是本专利技术反射面天线馈源定位流程图； 图2是反射面天线的几何形式图； 图3是馈源相位中心位置误差的几何关系图； 图4是馈源相位中心角度误差的几何关系图； 图5是反射面天线背架结构形式图； 图6是反射面天线在外部载荷作用下的变形信息图。 具体实施例方式 本专利技术以天线结构力学分析为基础，给出反射面的实际变形信息，根据变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的关系表达式，针对天线电性能的指标要求，通过优化确定馈源相位中心的最佳调整量。 参照图1，本专利技术的具体步骤如下 第一步给出反射面的实际变形信息{δ}。 应用结构分析软件ANSYS，对反射面天线结构进行力学分析，建立反射面天线结构的几何模型，施加载荷向量，并通过刚度方程得到反射面的实际变形信息{δ} {δ}＝-1{P} (1) 式中，为结构的刚度矩阵；{P}为作用于结构上的荷载向量。 第二步确定反射面表面误差Δz。 实际变形信息{δ}为天线结构反射面的节点位移{δi}＝{Δρ′i，Δφ′i，Δz′i}(i＝1，2，…，N)，N为结点数。通过全局插值方法Shepard方法，根据所述的实际变形信息{δ}，确定变形后反射面的表面误差Δz。由于表面误差的表示形式有轴向误差、径向误差、以及法向误差之分，这里采用轴向误差表示了表面误差Δz Δz＝Shepard({δ})。 (2) 第三步构建反射面表面误差Δz与反射面天线远场方向图Es(θ，φ)的函数关系式。 (1)利用反射面的表面误差Δz，建本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种反射面天线馈源的定位方法，包括如下过程： Ａ对反射面天线结构进行力学分析，并通过刚度方程得到反射面的实际变形信息｛δ｝： ｛δ｝＝［Ｋ］↑［－１］｛Ｐ｝ （１） 式中，［Ｋ］为反射面天线的刚度矩阵，｛Ｐ｝为作用于反射面天线结构上的荷载向量； Ｂ根据得到的实际变形信息｛δ｝，通过全局插值方法Ｓｈｅｐａｒｄ确定反射面表面误差Δｚ： Δｚ＝Ｓｈｅｐａｒｄ（｛δ｝）； （２） Ｃ利用反射面的表面误差Δｚ，构建表面误差Δｚ与反射面天线远场方向图Ｅ↓［ｓ］（θ，φ）的函数关系式： Ｅ↓［ｓ］（θ，φ）＝＊ｆ（ξ，φ′）／ｒ′ｅ↑［ｊ４π／λΔｚ ｃｏｓ↑［２］（ξ／２）］ｅ↑［ｊ ｋ ρ′ ｓｉｎθ ｃｏｓ（φ－φ′）ρ′ｄρ′ｄφ′］ （７） 式中，ｆ（ξ，φ′）为馈源的远场方向图函数，ｒ′为焦点到反射面上任意一点的距离，λ为工作波长，ξ为反射面天线焦径与焦轴的夹角，ｋ为传播常数，ρ′为口径面上任意一点到中心的距离，φ′为ρ′与ｘ轴的夹角，θ，φ分别为远场观察点的水平角和俯仰角，Ａ为反射面天线的口径面； Ｄ构建馈源误差即馈源相位中心位置误差和角度误差与远场方向图Ｅ↓［ｆ］（θ，φ）的函数关系式： Ｅ↓［ｆ］（θ，φ）＝＊ｆ（ξ＋δ↓［ξ］，φ′＋δ↓［φ′］）／ｒ′ｅ↑［ｊ ｋ ＊↓［ｆ］.＊′］ｅ↑［ｊ ｋ ρ′ｓｉｎθ ｃｏｓ（φ－φ′）］ρ′ｄρ′ｄφ′ （１５） 式中，ｆ（ξ＋δ↓［ξ］，φ′＋δ↓［φ′］）为存在馈源角度误差情况下的馈源远场方向图函数，δ↓［ξ］，δ↓［φ′］分别为馈源方向图在ξ，φ′方向的角度误差，＊↓［ｆ］为馈源的相位中心的位置误差，＊′为ｒ′方向上的单位矢量； Ｅ综合表面误差和馈源误差与反射面天线远场方向图的函数关系式，得到变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图Ｅ（θ，φ）的函数关系式： Ｅ（θ，φ）＝＊ｆ（ξ＋δ↓［ξ］，φ′＋δ↓［φ′］）／ｒ′ｅ↑［ｊ ｋ ＊↓［ｆ］.＊′］.ｅ↑［ｊｋ４π／λΔｚ ｃｏｓ↑［２］（ξ／２）］ｅ↑［ｊ ｋ ρ′ｓｉｎθ ｃｏｓ（φ－φ′）］ρ′ｄρ′ｄφ′； （１６） Ｆ利用变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式，构建在天线性能最佳情况下，馈源相位中心的最佳位置误差＊↓［ｆ］和最佳角度误差δ↓［ξ］，δ↓［φ′］的...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段宝岩，宋立伟，郑飞，马洪波，王伟，王从思，李鹏，李娜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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