一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法，应用于微波能量空间传输领域，尤其适合作为固定点频工作的大尺寸天线使用，通过原点与点B0之间的抛物线段、点B

【技术实现步骤摘要】
一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法


[0001]本专利技术涉及微波能量空间传输
，特别是一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法。

技术介绍

[0002]抛物柱面天线是指由抛物柱面反射器和位于其焦线上的照射器(馈源)组成的面天线。抛物柱面反射器为以抛物线为母线沿抛物线所在平面的法线延伸形成的柱面，采用良导体制成，发射时电磁波从馈源向抛物柱面反射器辐射，经抛物柱面反射器反射后向空中辐射，由于馈源位于抛物柱面的焦线上，电磁波经抛物柱面反射后，沿抛物线对称轴方向平行辐射；接收时，沿抛物线对称轴方向平行射入的电磁波向经反射面反射后，汇聚到馈源。抛物柱面天线具有结构简单、增益大、方向性强、工作频带宽等优点，通常用作点对点通信的高增益天线，在微波中继通信、对流层散射通信、卫星通信、射电望远镜、雷达及电视等领域得到广泛应用。
[0003]抛物柱面天线的尺寸越大，天线增益越大，当天线宽度超过2.428.m(集装箱标准尺寸)时，为便于车载使用，通常需要将天线做成分块结构，运输时折叠起来减少空间尺寸，使用时展开，而尺寸较大的天线，为减轻天线重量，通常采用碳纤维制造，使用球墨铸铁QT50
‑
10铸造毛坯加工模具，在200℃左右的高温下通过模胎复合成型工艺制造。即不管是使用铝材还是碳纤维复合材料的大型抛物面天线，其制造都存在加工难度大，折叠结构复杂，空间尺寸大，使用不便，费用高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法，包括以下步骤：
[0006]S1：根据使用需求确定天线的工作电磁波波长λ以及馈源至天线的距离h；
[0007]S2：定义坐标系及参考点：以抛物面的对称轴为X轴，X轴正方向取电磁波发射方向，在X轴上取一点为原点，Y轴过原点且与X轴垂直，XOY平面的法线方向指向绘图者方向，其中原点坐标为(0，0)，焦点A坐标值为(h，0)；
[0008]S3：确定复合抛物线开口宽度d，天线后端面至复合抛物线弧底中心位置距离为g，天线前端面距复合抛物线弧底中心位置距离为e，过坐标值为(0，d)的点绘制平行于X轴的天线宽度参考线U，过坐标值为(e，0)的点绘制平行于Y轴的前端面限位参考线M，参考线U与参考线M交于点E；
[0009]S4：依次过坐标为(
‑
h
‑
nλ，0)(n＝0，1，2，......)的点，做与Y轴平行的直线L
n
，以焦点A为定点，L
n
为准线，绘制抛物线C
n
，抛物线C
n
与前端面限位参考线M相交于交点B
n
，当交点B
n
纵坐标大于天线宽度d时，停止抛物线绘制并且n记为N，抛物线C
N
与天线宽度参考线U交
点为D
N
；
[0010]S5：依次引焦点A与步骤S4中系列交点B
n
的连线，并延长连线使之与抛物线C
n+1
交于点D
n
；
[0011]S6：通过原点与点B0之间的抛物线段、点B
n
与点D
n
之间的直线段、点D
n
与点B
n+1
之间的抛物线段、点B
N
‑1与点E之间的直线段和点E与点D
N
之间的直线段形成复合曲线；
[0012]S7：以复合曲线为母线沿曲线法线延伸，得到菲涅尔式复合抛物柱面反射天线。
[0013]进一步的，步骤S1中，天线的电磁波波长λ为
[0014]λ＝C/f；
[0015]其中，C为微波传输所在的介质中光速，f为电磁波频率，焦径比h/d的取值范围为0.3～0.5。
[0016]进一步的，步骤S3中，复合抛物线开口宽度d的换算公式为：
[0017]d＝ik/(k
‑
j)；
[0018]其中，i为满足工作环境的普通抛物面天线开口宽度，j为抛物面深度，k为抛物面焦距。
[0019]进一步的，步骤S4中，n为连续取值。
[0020]进一步的，步骤S5中，当步骤S4中的n不是连续取值时，通过选择天线厚度来使得焦点A与步骤S4所得系列交点B
n
的连线延长线与抛物线C
n+1
的交点D
n
的横坐标值不小于天线后端面横坐标值
‑
g。
[0021]本专利技术具有以下优点：采用本专利技术公开的方法，通过复合曲线替代抛物线作为反射天线的母线，获得菲涅尔式复合抛物柱面，从而降低抛物柱面反射天线的整体厚度，便于对大尺寸天线进行分割、拼接和折叠，进而降低天线加工难度和成本，同时天线也便于运输、组装、调试和调整。
附图说明
[0022]图1为菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法流程的结构示意图；
[0023]图2为菲涅尔式复合曲面绘制过程的结构示意图；
[0024]图3为菲涅尔式复合曲面绘制结果的结构示意图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0028]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0029]在本专利技术的描述中，需要说明的是，本设计所述及附图所示的坐标系定义、坐标轴及焦点准线选择仅是为了便于描述本专利技术的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本设计所获得的曲线线型只取决于焦点与参考线的空间相对位置。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]在本实施例中，如图1所示，一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法，包括以下步骤：
[0031]S1：根据使用需求确定天线的工作电磁波波长λ以及馈源至天线的距离h；即天线焦距为h，
[0032]S2：定义坐标系及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种菲涅尔式复合抛物柱面反射天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据使用需求确定天线的工作电磁波波长λ以及馈源至天线的距离h；S2：定义坐标系及参考点：以抛物面的对称轴为X轴，X轴正方向取电磁波发射方向，在X轴上取一点为原点，Y轴过原点且与X轴垂直，XOY平面的法线方向指向绘图者方向，其中原点坐标为(0，0)，焦点A坐标值为(h，0)；S3：确定复合抛物线开口宽度d，天线后端面至复合抛物线弧底中心位置距离为g，天线前端面距复合抛物线弧底中心位置距离为e，过坐标值为(0，d)的点绘制平行于X轴的天线宽度参考线U，过坐标值为(e，0)的点绘制平行于Y轴的前端面限位参考线M，参考线U与参考线M交于点E；S4：依次过坐标为(
‑
h
‑
nλ，0)(n＝0，1，2，......)的点，做与Y轴平行的直线L
n
，以焦点A为定点，L
n
为准线，绘制抛物线C
n
，抛物线C
n
与前端面限位参考线M相交于交点B
n
，当交点B
n
纵坐标大于天线宽度d时，停止抛物线绘制并且n记为N，抛物线C
N
与天线宽度参考线U交点为D
N
；S5：依次引焦点A与所述步骤S4中系列交点B
n
的连线，并延长连线使之与抛物线C
n+1
交于点D
n
；S6：通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫锋，
申请(专利权)人：成都同相科技有限公司，
类型：发明
国别省市：