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申请/专利权人:中国电子科技集团公司第五十四研究所
摘要:本发明公开了一种多频段环焦型椭圆波束天线的综合优化设计方法,属于卫星通信天线设计领域。该方法将一维口面场优化的切割赋形环焦天线,在此基础上用NURBS曲面将主副反射面参数化,应用物理光学和物理绕射法快速仿真计算天线辐射性能,引入多目标优化算法,优化天线效率和旁瓣性能,从而实现大轴比三频共用环焦型椭圆波束天线的优化设计。本发明方法有利于安装大尺寸多频段馈源网络,打破了传统几何光学设计方法的能量守恒和等光程条件的约束,获得了更大的自由度,能够快速优化设计出多频段、高效率、低旁瓣、低交叉极化、大轴比的椭圆波束天线,是对现有天线设计方法的一个重要突破。
主权项:1.一种多频段环焦型椭圆波束天线的综合优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:1根据天线增益和轮廓需求,确定天线口径尺寸,赋形设计环焦天线,再根据轮廓要求,采用超椭圆切割环焦天线;2应用三阶样条函数参数化一维口面场,以天线效率和第一旁瓣为优化目标,优化切割赋形环焦天线;3将优化后的切割赋形环焦天线的三维主副反射面作为初始模型,用非均匀有理B样条曲面将其参数化,基于物理光学和物理绕射快速仿真计算出天线辐射性能,并引入多目标优化算法,再次对天线效率和第一旁瓣的性能进行二次优化;具体方式为:主副反射曲面均采用k×l∈[3,6]次NURBS曲面表达为: 式中,di,j,i=0,1,…,n,j=0,1,…,m,表示n+1×m+1个控制顶点,决定NURBS主副反射曲面的形状,呈拓扑矩形阵列,形成一个控制网格;ωi,j,i=0,1,…,n,j=0,1,…,m,是控制顶点对应的权因子;Ni,kx,i=0,1,…,n和Nj,ly,j=0,1,…,m分别为x向k次和y向l次的规范B样条基,它们分别由x向与y向的节点矢量按德布尔-考克斯递推公式决定;用n+1×m+1个控制点描述四分之一的反射面,将其镜像两次以表示出整个主反射面或副反射面曲面;主反射面的控制点采取均匀分布:xi+1=Dcut2·i;yj+1=Dm2·jm其中,xi+1为主反射面x方向的第i+1个控制点坐标,yj+1分别为主反射面y方向的第j+1个控制点坐标;对副反射面的控制点采取指数分布,即对中心区域加密,以提高控制点对敏感区域的控制强度,减少控制点的数量:xsi+1=Dcut2·i^p;ysj+1=Dm2·jm^p其中,xsi+1为副反射面x方向的第i+1个控制点坐标,ysj+1分别为副反射面y方向的第j+1个控制点坐标,p为指数系数;主反射面和副反射面的2×n+1×m+1个控制点对应的Z坐标di,j和d’i,j构成了优化参数矢量X=[di,ji=0,1,…,n,j=0,1,…,m,d’i,ji=0,1,…,n,j=0,1,…,m];引入多目标优化算法,将最大化三个频段收发共NF个中心频点的天线效率和最小化对应的第一旁瓣的优化问题转换为以下两个目标函数的最小化问题: 式中,ηn和FSLLn分别为天线在第n个频率的效率和第一旁瓣;4采用全波分析方法,考虑馈源的宽带辐射特性、馈源与副面间的耦合以及副面支杆和馈源网络的遮挡,验证天线的传输与辐射性能。
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