[发明专利]VICTS天线方向图和波束指向快速计算方法

说明书

本发明属于卫星通信天线技术领域，特别是涉及一种VICTS天线方向图和波束指向快速计算方法，首先，物理模型理论化，辐射缝隙等效为由离散化的磁流元组成的阵列；然后，建立动态坐标系，在CTS层转动条件下，X轴和Y轴动态选取，始终垂直和平行于辐射缝隙，坐标原点取在VICTS天线的旋转中心，在动态坐标系下建立VICTS天线的波束扫描理论模型；利用快速傅里叶变换实现波束扫描理论模型的快速计算。本发明基于动态坐标系，建立了VICTS天线的波束扫描理论模型，可以用来快速计算天线的波束指向和任意口径形状、任意幅度分布的VICTS天线的方向图。

技术领域

本发明属于卫星通信天线技术领域，特别是涉及一种VICTS天线方向图和波束指向快速计算方法。

背景技术

VICTS(可变倾角连续断面节阵列)天线是一种新型低剖面天线，该天线通过各功能层的一维平面旋转，实现波束的方位、俯仰二维扫描和极化角的调整与匹配。天线馈电简单，整机纵向剖面低，具有高增益、波束扫描灵活、高机动性等特点，在卫星移动通信领域具有广阔的应用前景。

但是VICTS天线理论设计难度极大，该天线方向图与反射面天线截然不同，具有非对称和动态的特性，即随着工作频率、俯仰角、方位角和极化角的变化，天线的波束动态变化、各不相同。例如，VICTS通过相对旋转馈电和CTS层实现波束扫描，该相对转动角度和波束扫描的方位、俯仰角之间呈现非线性的特点，且方位面和俯仰面的波束扫描是非独立的。当VICTS天线应用于动中通领域时，需要在快速移动的载体上跟踪卫星，由于VICTS天线不同于相控阵天线的快速电扫描，又不同于抛物面天线，波束扫描具有双非线性、非独立特性，传统的动中通天线伺服控制原理已不再适用于VICTS天线。了解该天线波束扫描的这些特性，是开展VICTS天线伺服控制系统研究的必要步骤。若要通过全波电磁仿真和实验测试来研究这种双非线性、非独立的特性，工作量巨大且无法保证精度。因此，本发明开展了VICTS天线波束指向和方向图的理论分析、快速计算方法研究。

VICTS天线是通过机械旋转，改变阵列相位分布来实现波束扫描的，需要建立的是机械旋转与相位分布之间的映射关系。一般的做法是固定参考坐标系，将旋转角度定义在阵元间距之内，这种做法使得模型复杂化，且在小的机械旋转角度下，会产生非常大的计算误差。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种VICTS天线方向图和波束指向快速计算方法，本发明基于动态坐标系，建立了VICTS天线的波束扫描理论模型，可以用来快速计算天线的波束指向和任意口径形状、任意幅度分布的VICTS天线的方向图，这种做法不仅简化了模型的复杂度，而且消除了固定的参考坐标系下的大计算误差的问题，能够准确地揭示VICTS天线波束扫描的双非线性、非独立特性。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供一种VICTS天线方向图和波束指向快速计算方法，包括以下步骤：

步骤1，物理模型理论化，辐射缝隙等效为由离散化的磁流元组成的阵列；

步骤2，动态坐标系的建立，在CTS层转动条件下，X轴和Y轴动态选取，始终垂直和平行于辐射缝隙，坐标原点取在VICTS天线的旋转中心；

步骤3，在动态坐标系下建立VICTS天线的波束扫描理论模型；

步骤4，利用快速傅里叶变换实现波束扫描理论模型的快速计算。

进一步地，所述步骤1的具体实现过程如下：

定义X'轴正方向为准TEM波的传播方向，Y'轴方向为准TEM波的等相位面，X'OY'即为固定的参考坐标系；当馈电层和CTS层相对转动时，准TEM波的等相位面与辐射缝隙间存在相对转动角度γ。

进一步地，所述步骤3的具体实现过程如下：

步骤301，一般阵列模型的建立