[发明专利]主动反射面天线的电性能预测方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及天线的电性能预测方法，可用于指导主动反射面天线的面板调整及电性能分析。

背景技术

面天线是通信、雷达以及射电天文等领域广泛采用的天线形式。随着技术的发展，反射面天线的口径越来越大，频段也越来越高。

口径越大，频段越高反射面天线的优点越突出。1946年英国曼彻斯特大学建造了直径为66.5米的固定式抛物面射电望远镜；六十年代，美国在波多黎各阿雷西博镇建造了直径达305米的抛物面射电望远镜；七十年代，联邦德国在玻恩附近建造了100米直径的全向转动抛物面射电望远镜；2000年，美国研制的100米单天线望远镜投入使用。国内最新立项的超大口径反射面射电望远镜口径达到500米。

同时频率也更高，要求的面板加工精度也提高。2001年，美国和欧洲的毫米波阵计划ALMA，有64个12米天线组成，工作频率从70到950GHz。美国NASA的第二代空间VLBI计划中，25米口径的ARISE天线设计工作频率86GHZ。八十年代俄罗斯(前苏联)的空间VLBI计划RadioAstron的天线口径10米，最高工作频率25.1GHz。日本预计于2012年发射的ASTRO-G的天线口径9米，将在最高43GHz频率工作。

口径增大使得加工制造的难度也增大，频段增高时的天线表面的精度要求也提高，反过来又增加制造难度。为了降低大口径天线的制造难度，对于口径超过100米的反射面天线，可以考虑采用主动反射面。所谓主动反射面，即反射面在一定范围内可以调节。例如，对于国内最新立项的500米超大口径反射面射电望远镜，其主反射面就由4000块主动面板组成，每个面板下面有一套伺服控制系统，可以调整面板的位置和姿态。这样反射面的整体面精度被分解成单块面板的加工精度和所有面板的安装精度，并且安装精度可以调节，这样就比较容易达到要求的精度，同时降低了加工制造的难度。

这样的天线，在电性能分析上主要的问题是，在实际工作中，天线的每块面板不一定在标准的抛物面上，而是单块离散的分布在标准抛物面附近，使得常规的解析解不再有效；同时口径过大，又达到一定的工作频段，通常的数值分析方法，例如有限元法、有限差分法、矩量法，使用上要求划分网格边长为波长的三分之一以下，导致网格数量过大，远远超过了现在常用计算机的工作能力，而使用超级计算机的成本又太高。这类天线的电性能分析目前还存在一定的困难。

发明的内容

本发明的目的是解决现有技术难以预测主动反射面天线电性能的问题，提出了一种主动反射面天线的电性能预测方法，以基于几何光学法和四边形单元高斯积分公式，实现对主动反射面天线电性能的预测。

实现本发明目的的技术方案是，基于天线的基本结构参数和主动面板的划分情况，得到主动面板的初始位姿；在单块面板上选取采样结点，计算结点的相位差；并合成单块面板的相位差，最终合成天线反射面整体的相位差；计算天线远区电场分布，绘制天线远区电场的方向图，并进一步获取天线的其他相关电参数。如电参数满足要求，输出电参数和单块面板的位姿；否则通过主动面板的伺服控制机构调整单块面板，并重复上述分析过程，直到电性能满足要求。具体过程如下：

(1)根据天线的基本结构，确定天线的口径、焦径比、工作频率参数，同时得到主动反射面板块的分块信息，并将该信息整理成固定格式的数据文件；

(2)获取每块主动反射面板的初始位置和姿态信息，并整理成固定格式的数据文件；

(3)在每块主动反射面板上选取N个计算结点，利用面板的初始位姿信息，计算这些结点的Z向位移，求取每个结点的相位差，并将所有结点的相位差合成该单块反射面板的总相位差；

(4)将单块主动反射面板的总相位差合成天线反射面整体的相位误差；

(5)依据每个主动反射面板的相位误差和天线口径面场振幅分布，计算天线的远区场值，并绘制方向图，得到相关电参数；

(6)根据天线设计的电性能要求，判断计算出的天线电参数是否满足要求，如果满足要求则输出天线电性能参数和主动反射面板的位姿信息；否则，通过主动反射面板的伺服控制机构调整面板位姿，并重复步骤(2)至步骤(5)，直至满足要求。