[发明专利]基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法

说明书

本发明公开了一种基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法，包括：输入反射面天线几何参数与电参数；计算理想天线远区辐射电场；计算理想天线远区辐射功率；进行反射面三角形网格划分；计算单元节点位移与单元中心点位移的节点转换矩阵；组集单元节点位移与单元中心点位移的总体转换矩阵；计算电场相对单元节点位移的单元一阶导数、二阶Hessian阵；组集电场相对单元节点位移的总体一阶导数、二阶Hessian阵；计算电场相对单元中心点位移的总体一阶导数、二阶Hessian阵；输入表面随机误差均方根值；计算天线远区辐射功率平均值；判断电性能是否满足要求；输出辐射功率方向图；更新表面随机误差均方根值。本发明可指导反射面天线面板加工与制造。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及雷达天线领域中的一种基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法。

背景技术

反射面天线广泛应用于射电天文、雷达、通信、探测等领域。在外部工作环境下，反射面天线很容易受到自重、温度、风荷等外部载荷影响；在加工与制造过程，反射面天线面板也受到加工制造与安装误差影响；针对外部载荷引入的系统误差与加工制造引入的随机误差一直是反射面天线设计领域研究的热点。

Y.Rahmat-Samii在文献“An efficient computational method forcharacterizing the effects of random surface errors on the average powerpattern of reflectors”(IEEE Trans.Antennas and Propagation,1983年第31卷第1期，92-98)公开了一种基于概率方法分析天线表面随机误差对电性能影响的分析方法。王猛、段宝岩、王伟等人在文献“反射面天线表面误差对平均功率方向图的影响”(西安电子科技大学学报，2014年第41卷第6期188-194)中提出了一种表面随机误差与系统误差同时存在下的平均功率方向图计算方法。由于现有方法均是将表面误差以相位误差的形式引入到电性能计算中，导致在公式推导中的繁琐与耗时，难以形成快速分析的目的。因此，本发明为了适应提高分析效率的需要，创新性地将天线辐射电场描述为三角形单元节点位移的二阶近似公式，提出一种基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法。该方法基于单元节点位移二阶近似公式，利用转换矩阵，提出了分析随机误差对反射面天线平均功率方向图影响的建模方法，可指导反射面天线面板加工与制造。

本发明的技术方案是：基于单元节点位移的反射面天线平均功率方向图建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)输入反射面天线几何参数与电参数

输入用户提供的反射面天线几何参数与电参数；其中几何参数包括半径、焦距；电参数包括工作波长、自由空间波常数、口径场幅度分布函数、锥销电平、口径场形状指数以及包括天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求；

(2)计算理想天线远区辐射电场

根据反射面天线几何参数与电参数，利用几何光学法计算理想天线远区辐射电场；

(3)计算理想天线远区辐射功率

根据理想天线远区辐射电场信息，通过下式计算理想天线远区辐射功率

其中，G₀表示理想天线远区辐射功率，E₀表示理想天线远区辐射电场，下标0代表理想天线，上标*表示取共轭运算；

(4)进行反射面三角形网格划分

根据用户提供的天线几何参数与工作波长，将反射面口径面划分为一系列等边三角形单元，等边三角形单元边长满足以下关系式