[发明专利]一种热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法

权利要求书

1.一种热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

（1）根据双反射面天线的结构参数、工作频率及材料属性，在ANSYS软件中建立未变形双反射面天线有限元模型，提取未变形副反射面的节点坐标、单元信息和主反射面的节点坐标；

（2）根据双反射面天线所处环境的温度载荷，在ANSYS软件中对未变形双反射面天线有限元模型加载温度载荷，然后计算在该温度载荷下的变形双反射面天线有限元模型中的各个节点坐标；

（3）提取变形双反射面天线有限元模型中主反射面的节点坐标，在FEKO软件中建立双反射面变形主反射面电磁模型；

（4）在变形双反射面天线有限元模型中，提取变形副反射面的顶点坐标；然后在步骤（3）建立的双反射面变形主反射面电磁模型中，以提取的变形副反射面的顶点坐标为基准，即提取的变形副反射面顶点坐标，和建立的用来代替变形副反射面的未变形副反射面的顶点坐标相同；用未变形副反射面代替变形副反射面，建立补偿前变形副反射面电磁模型，并在实馈源位置处建立点源；设置FEKO求解方法和求解参数，在天线变形主反射面、点源和变形副反射面的电磁模型中，计算补偿前变形双反射面天线的电性能；

（5）利用等效馈源法，把实馈源和副反射面的组合用位于虚焦点的等效馈源来代替，使双反射面天线等效为只有主反射面和等效馈源的单反射面天线；

（6）利用遗传优化算法，对变形双反射面天线中主反射面的六个变形参量进行优化，由六个变形参量计算双反射面天线变形主反射面补偿后的等效馈源位置和指向，由补偿后的等效馈源位置和指向得到补偿后副反射面的指向和顶点的调整位移，在天线热变形主反射面、点源和变形副反射面的电磁模型中，根据顶点的调整位移来调整变形副反射面位置，然后改变其指向与补偿后的等效馈源指向相同，设置FEKO软件的求解方法和求解参数，计算补偿后的变形双反射面天线的电性能；

（7）比较补偿前与补偿后的变形双反射面天线的电性能，判断变形双反射面天线补偿前后的电性能是否满足要求，如满足要求，则计算得到的变形双反射面天线的副反射面位置为能够补偿双反射面天线电性能的最佳副反射面位置；否则，重新设置优化参数，重复步骤（6），直至满足要求。

2.根据权利要求1所述的热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，所述双反射面天线的结构参数包括口径、副反射面顶点与坐标原点距离和主反射面的焦距。

3.根据权利要求1所述的大型双反射面天线热变形的副面补偿方法，其特征在于，所述双反射面天线的材料属性包括双反射面天线背架材料和双反射面天线主、副反射面面板的密度、热传导率、比热、泊松比、弹性模量和热膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，所述补偿前的变形双反射面天线的电性能为未补偿变形双反射面天线的天线增益；所述补偿后的变形双反射面天线的电性能为电性能为补偿后的变形双反射面天线增益。

5.根据权利要求1所述的热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，所述双反射面天线利用等效馈源法把实馈源和副反射面的组合用位于虚焦点的等效馈源来代替，使双反射面等效为只有主反射面和等效馈源的单反射面。

6.根据权利要求1所述的热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，所述计算补偿后的变形双反射面天线的电性能按如下过程进行：

（6a）利用步骤（1）得到的未变形双反射面天线有限元模型中主反射面的节点坐标，以及步骤（3）得到的变形双反射面天线有限元模型中主反射面的节点坐标，用遗传算法，对未变形双反射面天线的主反射面的顶点平移参量Δ_x、Δ_y、Δ_z，主反射面的旋转参量φ_x、φ_y以及焦距变化量Δ_f六个变形参量进行优化；由变形双反射面天线的主反射面对变形主反射面的吻合面的轴向均方根误差，令这个轴向均方根误差最小来确定吻合抛物面的六个变形参量，由六个变形参量确定馈源的焦轴指向，进而得到新焦点的位置；

（6b）在（6a）中得到的天线变形主反射面、点源和调整位置后变形副反射面的电磁模型里，设置FEKO软件的求解方法和求解参数，计算补偿后的变形双反射面天线的电性能。

7.根据权利要求6所述的一种热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，其特征在于，所述步骤（6a）中，得到新焦点的位置通过下述方法实现：

6a-1）设未变形双反射面天线的主反射面上一点P(x_p,y_p,z_p),在变形主反射面的吻合面上对应点P₀(x_p,y_p,z₀)，在变形双反射面天线的主反射面上对应点P₁(x_p,y_p,z₁)；

未变形双反射面天线的主反射面的母线方程是：

zp=xp2+yp24f]]>

由于变形主反射面的吻合面是由未变形双反射面天线的主反射面的顶点移动、整体旋转及焦距变化得到的，因此可以得到P₀点沿Z轴的近似轴向坐标为：

z0=(xp-Δx)2+(yp-Δy)24(f+Δf)+Δz+ypφx-xpφy]]>

Δx、Δy、Δz为变形双反射面天线的主反射面顶点在原坐标系O-xyz中的位移，φ_x、φ_y分别为变形双反射面天线的主反射面绕原坐标轴O-xyz中x、y轴的转角，f为焦距，Δf为焦距变化量；

6a-2）采用变形双反射面天线的主反射面上点P₁与变形主反射面的吻合面上点P₀的轴向误差δ来构造条件方程组：

δi=z1i-z0i=z1-[(xpi-Δx)2+(ypi-Δy)24(f+Δf)+Δz+ypiφx-xpiφy]]]>

式中：i＝1,2,…，N,N为主反射面的节点数；

6a-3）建立如下优化数学模型计算最优等效馈源位置参数：

Min:Rms=Σi=1Nδi2N]]>

式中，Rms为轴向均方根误差，利用遗传算法来对优化数学模型进行优化，来确定变形双反射面天线中主反射面的六个变形参量Δx、Δy、Δz、φ_x、φ_y以及Δf；

6a-4）由六个变形参量Δx、Δy、Δz、φ_x、φ_y及Δf，可知新的等效馈源的位置(x_feq,y_feq,z_feq)：

由于Δx、Δy、Δz为变形双反射面天线的主反射面顶点的平移量，即副反射面和等效馈源均移动Δx、Δy和Δz，所以由新的等效馈源位置可以得到副反射面的顶点位置(x_F,y_F,z_F)：

其中，l为等效馈源到副反射面顶点距离；由φ_x、φ_y就可以确定等效馈源的指向；

在步骤（4）得到的变形副反射面的顶点坐标(x_D,y_D,z_D)，可得变形副反射面顶点到补偿后副反射面顶点的调整位移(x_d，y_d，z_d)，即:

xd=xF-xDyd=yF-yDzd=zF-zD]]>

根据顶点位移，在天线变形主反射面、点源和变形副反射面的电磁模型中移动未变形副反射面位置，使变形副反射面顶点移动(x_d，y_d，z_d)，然后调整变形副反射面的指向与等效馈源的指向重合，即绕局部坐标系O₁-X₁Y₁Z₁中X₁轴、Y₁轴先后旋转φ_x、φ_y角度得到。