CN104767036B - 一种提高双镜天线增益的副镜设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，其特征在于：用所述方法设计的双镜天线副镜与一般设计的副镜相比除与主镜存在光路对应关系的部分外，副镜沿母线延伸一定尺寸，形成一个与主镜不存在光路对应关系的环形区域，该环形区域的宽度为天线最长工作波长的0.01～3倍，而副镜与主镜对应部分尺寸较一般设计相应缩小，使副镜总尺寸与常规设计副镜尺寸基本相同，从而实现提高副镜截获效率、优化主镜口径场分布、提高天线增益的目的，适用于卡塞格伦天线、格利高里天线和环焦天线等各种双镜天线。

Description

一种提高双镜天线增益的副镜设计方法
技术领域
本发明公开了一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，能够实现提高副镜截获效率、优化主镜口径场分布、提高天线增益的目的，适用于卡塞格伦天线、格利高里天线和环焦天线等各种双镜天线，尤其适用于中小电尺寸副镜的各型双镜天线。
背景技术
双镜天线是典型的高增益天线形式，在卫星通信、射电天文、雷达、无线电监测等众多领域具有广泛的应用。
目前，双镜天线的设计主要基于射线寻迹，其主镜和副镜一般设计为光路完全对应的，即由馈源发出的射线，经副镜反射后，均会被主镜截获，再经主镜反射后沿天线轴向射出。由该方法设计出的天线能够充分利用主副镜的面积，具有良好的性能。但该方法未考虑天线具体的工作频段，因此当天线的最低工作频率较低、副镜电尺寸仅有十几个甚至不到十个工作波长时，天线的性能下降比较明显。
发明内容
本发明的目的在于避免背景技术中的不足之处而提供一种能在宽频带内提高天线增益的副镜设计方法。
本发明所采取的技术方案为:
一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)选取双镜天线的几何参数，双镜天线的几何参数包括照射角θ、主镜直径D、主镜焦径比f/D和副镜尺寸Ds；
(2)根据天线工作的最低频率，确定副镜与主镜不对应的环形区域的宽度d，即：
d＝k*λ0
λ0为双镜天线最低工作频率对应的工作波长，k为实数，取值范围为0.01～3；
(3)由副镜直径Ds和副镜与主镜不对应的环形区域宽度d，得到副镜与主镜对应区域的直径Dsc,即：
Dsc＝Ds-2d；
(4)由天线的照射角、主镜焦径比f/D、副镜与主镜对应区域的尺寸Dsc，按照几何关系，得到副镜与主镜对应区域的母线曲线；其中，步骤(4)中还可以对与主镜对应区域的副镜母线曲线进行赋形；
(5)将副镜与主镜对应区域的母线曲线沿垂直于旋转对称轴方向延伸d，得到副镜与主镜不对应区域的母线曲线；副镜与主镜对应区域的母线曲线和副镜与主镜不对应区域的母线曲线构成副镜的母线曲线；
完成提高双镜天线增益的副镜设计。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.在天线设计中引入了具体的工作频率，考虑了副镜电尺寸随频率变化对辐射性能的影响。
2.保证了副镜边缘电流的连续，提高了副镜散射的定向性，进而提高了天线口径场分布的均匀性和天线的增益。
3.副镜尺寸不发生变化，不影响天线的遮挡效率。
4.本发明适合于卡塞格伦天线、格利高里天线、环焦天线等各型双镜天线，特别适合于副镜电尺寸在最低工作频率仅有十个工作波长左右的双镜天线。
附图说明
图1是本发明提及的双镜天线几何参数标注。
图2是本发明的剖面示意图。
图3是本发明沿口径面投影示意图。
图4是采用本发明所述方法设计的各型双镜天线副镜示意图。
具体实施方式
一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)选取双镜天线的几何参数，参照图1，双镜天线的几何参数包括照射角θ、主镜直径D、主镜焦径比f/D和副镜尺寸Ds；
(2)根据天线工作的最低频率，确定副镜与主镜不对应的环形区域的宽度d，即：
d＝k*λ0
λ0为双镜天线最低工作频率对应的工作波长，k为实数，取值范围为0.01～3；
参照图2和图3，本发明一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，缩小了副镜与主镜对应的区域的尺寸，增加了一个与主镜不对应的环形区域，用于保证副镜与主镜对应区域边缘的电流连续，并提高副镜的截获效率。所述的环形延伸区域母线与对应区域母线曲线函数相同，旋转对称轴重合，宽度为天线最低工作波长的0.01-3倍；
(3)由副镜直径Ds和副镜与主镜不对应的环形区域宽度d，得到副镜与主镜对应区域的直径Dsc,即：
Dsc＝Ds-2d；
(4)由天线的照射角、主镜焦径比f/D、副镜与主镜对应区域的尺寸Dsc，按照几何关系，得到副镜与主镜对应区域的母线曲线；其中，步骤(4)中还包括对与主镜对应区域的副镜母线曲线进行赋形；
(5)将副镜与主镜对应区域的母线曲线沿垂直于旋转对称轴方向延伸d，得到副镜与主镜不对应区域的母线曲线；副镜与主镜对应区域的母线曲线和副镜与主镜不对应区域的母线曲线构成副镜的母线曲线；
完成提高双镜天线增益的副镜设计。
参照图4，环焦天线延伸区域的母线为与对应区域母线曲线函数相同的椭圆，卡塞格伦天线延伸区域的母线为与对应区域母线曲线函数相同的双曲线，格利高里天线的母线为与对应区域母线曲线函数相同的椭圆。

Claims (2)

1.一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)选取双镜天线的几何参数，双镜天线的几何参数包括照射角θ、主镜直径D、主镜焦径比f/D和副镜尺寸Ds；
(2)根据天线工作的最低频率，确定副镜与主镜不对应的环形区域的宽度d，即：
d＝k*λ0
λ0为双镜天线最低工作频率对应的工作波长，k为实数，取值范围为0.01～3；
(3)由副镜直径Ds和副镜与主镜不对应的环形区域宽度d，得到副镜与主镜对应区域的直径Dsc,即：
Dsc＝Ds-2d；
(4)由天线的照射角、主镜焦径比f/D、副镜与主镜对应区域的尺寸Dsc，按照几何关系，得到副镜与主镜对应区域的母线曲线；
(5)将副镜与主镜对应区域的母线曲线沿垂直于旋转对称轴方向延伸d，得到副镜与主镜不对应区域的母线曲线；副镜与主镜对应区域的母线曲线和副镜与主镜不对应区域的母线曲线构成副镜的母线曲线；
完成提高双镜天线增益的副镜设计。
2.根据权利要求1所述一种提高双镜天线增益的副镜设计方法，其特征在于：步骤(4)中还包括对与主镜对应区域的副镜母线曲线进行赋形。
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