[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

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体是一种热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，用于指导变形大型双反射面天线的副反射面位置调整，使其电性能达到最优。

背景技术

随着大口径、高频段的反射面天线日益广泛应用到通信和宇宙探索等领域中，天线结构与电磁性能之间的关系越来越密切，即使天线结构设计合理，但是由于热、重力、风等作用引起反射面的微小变形，也会对高频段天线的电性能产生严重的影响。在过去只要通过Ruze公式，由可接受的电性能损耗指标计算出加工反射面表面均方根误差，随着工作频率的增高，现有的制造工艺越来越难以实现这个反射面均方根误差。

为降低变形对反射面天线电性能的影响，国内外学者提出了众多的反射面变形补偿方法。这就使得在工程中不需要拘泥与反射面天线的主反射面形状与与原设计曲面完全一致，只需要实际反射面天线的主反射面形状与原设计曲面为同族的近似抛物面，就可保证电性能。但是多数研究人员对变形双反射面天线的变形进行分析，得到的数学表达式不仅比较繁琐、求解复杂，而且不能反映反射面的真实变形情况，这就使以上补偿方法在实际应用中因补偿计算代价大，难以进行有效应用。

因此，有必要根据天线结构和反射面节点位移的分析，来对变形双反射面天线的变形参数进行研究，以确定变形曲面方程，然后根据这些变形参数来确定变形双反射面天线中副反射面的最佳位置和指向用以补偿天线的电性能，这一过程即为热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法。

发明内容

针对以前的补偿方法存在的不足，本文发明了热变形大型双反射面天线的副反射面位置补偿方法，该方法针对卡塞格仑双反射面天线，通过改变副反射面的位置及其指向以改善变形双反射面天线的电性能。

为了实现上述目的，本发明提供的补偿方法包括如下步骤：

（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。

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。

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。

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。