CN105337045B - 一种反射面天线口径场分布的优选方法 - Google Patents
一种反射面天线口径场分布的优选方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于：所述方法将反射面投影口径划分为一系列连续的圆环区域和一个中心圆形区域，并假设每个区域内电磁场分布的幅度、相位和极化均相同，以反射面天线口径场积分的方向图是否满足应用要求作为评价函数，通过优化方法优化各个圆环区域内电磁场的相对幅度，得到满足应用要求的反射面天线口径场的分布。所述方法适用于各种反射面天线口径场的优选。
Description
技术领域
本发明公开了一种反射面天线口径场分布的优选方法，能够有效解决满足应用要求的反射面天线口径场的分布求解问题，实现预定的天线辐射方向图，适用于各种反射面天线。
背景技术
反射面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。由于反射面天线得辐射场可根据其口径面上的电磁场分布进行积分求得，因此通过控制反射面天线口径上电磁场的分布，就可以控制反射面天线方向图，实现预期的辐射性能。
目前选择反射面天线口径场的主要基于沿径向变化的高阶复杂函数来描述口径场，通过“凑试法”，反复调整高阶复杂函数中的参数，使口径场分布对应的辐射方向图逼近预期。由于高阶复杂函数具有一定的变化规律，难以包括全部变化，且口径场分布与其对应的辐射方向图关系不明确，造成了求解反射面天线口径场的过程较长，且难以求得最优解。
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快速、全面的反射面天线口径场分布的优选方法。
本发明所采取的技术方案为：
一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将反射面天线沿辐射方向的投影口径划分为N个不同直径的同心圆环和位于圆心的一个中心圆形区域；其中，除最内侧和最外侧的两个同心圆环外，其余每个同心圆环的内径等于其内侧相邻同心圆环的外径，其外径等于外侧相邻同心圆环的内径，最内侧同心圆环的内径等于中心圆形区域的直径，位于最外侧的同心圆环的外径等于反射面天线的投影口径的直径；各同心圆环依次排列并与中心圆形区域共同组成整个反射面天线的投影口径；N为大于1的自然数；
(2)假设每一同心圆环上的电磁场分布幅度相等、相位一致且极化相同，则每一同心圆环的辐射场Fn(θ)表示为：
Fn(θ)＝An*(J1(un)/un-J1(un-1)/un-1)
un＝π*Dn*sin(θ)/λ
un-1＝π*Dn-1*sin(θ)/λ
式中θ为观察点的射线与天线辐射方向夹角，An为第n个圆环内电磁场的幅度，λ为反射面天线工作频率对应的工作波长，Dn和Dn-1分别为反射面天线投影口径第n和n-1个圆环的外径，π为圆周率，J1为第一类一阶贝塞尔函数；
中心圆形区域的辐射场F0(θ)表示为：
F0(θ)＝A0*J1(u0)/u0
u0＝π*D0*sin(θ)/λ
式中，A0为中心圆形区域内电磁场的幅度，D0为反射面天线投影口径中心圆形区域的直径；
(3)在忽略绕射的情况下，反射面天线的辐射场F(θ)表示为：
式中当n＝N时，Bn＝An；当n≠N时，Bn＝An-An+1；
(4)根据应用要求建立目标辐射场F’(θ)，采用优化算法对Bn进行优化，使反射面天线的辐射场F(θ)与目标辐射场F’(θ)的差距最小；或者，根据应用要求建立F(θ)的评价函数I(F(θ))，采用优化算法对Bn进行优化，使F(θ)的评价函数I(F(θ))取最大值；
(5)将反射面天线口径各区域对应的Bn归一化，得到优选的反射面天线口径场分布；
完成反射面天线口径场分布的优选。
其中，当所述的反射面天线为旋转对称的双镜天线时，步骤(1)中所述的反射面天线沿辐射方向的投影口径为一个圆环区域，将其划分为N个不同直径的同心圆环；其中，最内侧同心圆环的内径等于反射面天线副镜的直径。
其中，步骤(4)中所述的优化算法包括局部优化算法和全局优化算法。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.采用离散圆环加中心圆形区域的方式来描述反射面天线口径场分布，全面包括了其可能的各种分布情况。
2.明确了反射面口径场分布与辐射方向图的对应关系，可根据特定角度的方向图要求进行优化。
3.采用优化算法寻找满足预期方向图的口径场法分布，较“凑试法”效率更高，搜索范围更大。
4.本发明适合于各型反射面天线。
附图说明
图1是本发明的反射面天线投影口径区域划分示意图。
图2是本发明的口径场分布示意。
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将反射面天线1沿辐射方向的投影口径2划分为N个不同直径的同心圆环3和位于圆心的一个中心圆形区域4；其中，除最内侧和最外侧的两个同心圆环外，其余每个同心圆环的内径等于其内侧相邻同心圆环的外径，其外径等于外侧相邻同心圆环的内径，最内侧同心圆环的内径等于中心圆形区域的直径，位于最外侧的同心圆环的外径等于反射面天线的投影口径的直径；各同心圆环依次排列并与中心圆形区域共同组成整个反射面天线的投影口径；N为大于1的自然数；
(2)假设每一同心圆环上的电磁场分布幅度相等、相位一致且极化相同，则每一同心圆环的辐射场Fn(θ)表示为：
Fn(θ)＝An*(J1(un)/un-J1(un-1)/un-1)
un＝π*Dn*sin(θ)/λ
un-1＝π*Dn-1*sin(θ)/λ
式中θ为观察点的射线与天线辐射方向夹角，An为第n个圆环内电磁场的幅度，λ为反射面天线工作频率对应的工作波长，Dn和Dn-1分别为反射面天线投影口径第n和n-1个圆环的外径，π为圆周率，J1为第一类一阶贝塞尔函数；
中心圆形区域的辐射场F0(θ)表示为：
F0(θ)＝A0*J1(u0)/u0
u0＝π*D0*sin(θ)/λ
式中，A0为中心圆形区域内电磁场的幅度，D0为反射面天线投影口径中心圆形区域的直径；
(3)在忽略绕射的情况下，反射面天线的辐射场F(θ)表示为：
式中当n＝N时，Bn＝An；当n≠N时，Bn＝An-An+1；
(4)根据应用要求建立目标辐射场F’(θ)，采用优化算法对Bn进行优化，使反射面天线的辐射场F(θ)与目标辐射场F’(θ)的差距最小；或者，根据应用要求建立F(θ)的评价函数I(F(θ))，采用优化算法对Bn进行优化，使F(θ)的评价函数I(F(θ))取最大值；
(5)将反射面天线口径各区域对应的Bn归一化，得到优选的反射面天线口径场分布；
完成反射面天线口径场分布的优选。
其中，当所述的反射面天线为旋转对称的双镜天线时，步骤(1)中所述的反射面天线沿辐射方向的投影口径为一个圆环区域，将其划分为N个不同直径的同心圆环；其中，最内侧同心圆环的内径等于反射面天线副镜的直径。
其中，步骤(4)中所述的优化算法包括局部优化算法和全局优化算法。
Claims (3)
1.一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将反射面天线(1)沿辐射方向的投影口径(2)划分为N个不同直径的同心圆环(3)和位于圆心的一个中心圆形区域(4)；其中，除最内侧和最外侧的两个同心圆环外，其余每个同心圆环的内径等于其内侧相邻同心圆环的外径，其外径等于外侧相邻同心圆环的内径，最内侧同心圆环的内径等于中心圆形区域的直径，位于最外侧的同心圆环的外径等于反射面天线的投影口径的直径；各同心圆环依次排列并与中心圆形区域共同组成整个反射面天线的投影口径；N为大于1的自然数；
(2)假设每一同心圆环上的电磁场分布幅度相等、相位一致且极化相同，则每一同心圆环的辐射场Fn(θ)表示为：
Fn(θ)＝An*(J1(un)/un-J1(un-1)/un-1)
un＝π*Dn*sin(θ)/λ
un-1＝π*Dn-1*sin(θ)/λ
式中θ为观察点的射线与天线辐射方向夹角，An为第n个圆环所覆盖的范围内电磁场的幅度，λ为反射面天线工作频率对应的工作波长，Dn和Dn-1分别为反射面天线投影口径第n和n-1个圆环的外径，π为圆周率，J1为第一类一阶贝塞尔函数；
中心圆形区域的辐射场F0(θ)表示为：
F0(θ)＝A0*J1(u0)/u0
u0＝π*D0*sin(θ)/λ
式中，A0为中心圆形区域内电磁场的幅度，D0为反射面天线投影口径中心圆形区域的直径；
(3)在忽略绕射的情况下，反射面天线的辐射场F(θ)表示为：
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式中当n＝N时，Bn＝An；当n≠N时，Bn＝An-An+1；
(4)根据应用要求建立目标辐射场F’(θ)，采用优化算法对Bn进行优化，使反射面天线的辐射场F(θ)与目标辐射场F’(θ)的差距最小；或者，根据应用要求建立F(θ)的评价函数I(F(θ))，采用优化算法对Bn进行优化，使F(θ)的评价函数I(F(θ))取最大值；
(5)将反射面天线口径各区域对应的Bn归一化，得到优选的反射面天线口径场分布；
完成反射面天线口径场分布的优选。
2.根据权利要求1所述一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于：当所述的反射面天线为旋转对称的双镜天线时，步骤(1)中所述的反射面天线(1)沿辐射方向的投影口径(2)为一个圆环区域，将其划分为N个不同直径的同心圆环(3)；其中，最内侧同心圆环的内径等于反射面天线副镜的直径。
3.根据权利要求1所述一种反射面天线口径场分布的优选方法，其特征在于：步骤(4)中所述的优化算法包括局部优化算法和全局优化算法。
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