[发明专利]基于面片积分公式的伞状天线结构优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于面片积分公式的伞状天线结构优化设计方法，具体步骤包括：输入伞状天线结构参数与电参数；计算伞状天线最优焦距；计算天线肋的分段数；计算肋上点的坐标；计算相邻肋间点的坐标；生成伞状天线所有节点坐标；计算面片平面方程系数；计算三角形边方程系数；计算三角形投影面积；计算三角形面片轴向误差；输出伞状天线轴向精度；判断轴向精度是否满足要求；输出伞状天线结构参数；更新伞状天线结构参数。本发明考虑了伞状天线采用面片拼合而成的特点，基于面片积分公式对伞状天线进行轴向精度分析，可指导伞状天线的机械结构设计与机电集成优化设计。

主权项

基于面片积分公式的伞状天线结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)输入伞状天线结构参数与电参数输入用户提供的伞状天线的结构参数与电参数；其中结构参数包括伞状天线口径、焦距、偏置距离、肋数和轴向精度设计要求；电参数包括工作波长；(2)计算伞状天线最优焦距根据用户提供的天线结构参数，按照下式计算伞状天线最优焦距fs=f(1-23π2N2)]]>其中，fs表示伞状天线最优焦距，下标s表示区别于理想天线的伞状天线，f表示用户输入的伞状天线结构参数中的焦距，π表示圆周率，N表示肋数；(3)根据用户提供的天线结构参数与电参数计算天线的肋的分段数；(4)根据用户提供的天线结构参数与肋的分段数，计算肋上点的坐标；(5)计算相邻肋间点的坐标根据相邻肋构成抛物柱面的特性，结合肋上点坐标计算相邻肋间点的坐标；根据伞状天线圆形口径的闭合特性，计算第N根肋与第1根肋构成的肋间点的坐标；(6)生成伞状天线所有节点坐标将计算得到的肋上点、相邻肋间点的坐标与原点坐标合并在一起得到伞状天线所有节点坐标；(7)计算面片平面方程系数根据伞状天线所有节点信息，按照下式计算面片平面方程系数A=--ybza+ycza+yazb-yczb-yazc+ybzc-xbya+xcya+xayb-xcyb-xayc+xbyc]]>B=--xbza+xcza+xazb-xczb-xaza+xbzcxbya-xcya-xayb+xcyb+xayc-xbyc]]>C=-xcybza-xbycza-xcyazb+xayczb+xbyazc-xaybzc-xbya+xcya+xayb-xcyb-xayc+xbyc]]>其中，A、B、C分别为面片平面方程的三个系数，a、b、c分别为三角形面片顶点，xa、ya、za表示编号为a的三角形顶点直角坐标，xb、yb、zb表示编号为b的三角形顶点直角坐标，xc、yc、zc表示编号为c的三角形顶点直角坐标；(8)计算三角形边方程系数根据伞状天线节点坐标，按照下式计算三角形三条边方程的系数Kab=--ya+ybxa-xb;Lab=-xbya-xaybxa-xb]]>Kac=--ya+ycxa-xc;Lac=-xcya-xaycxa-xc]]>Kbc=--yb+ycxb-xc;Lbc=-xcyb-xbycxb-xc]]>其中，a、b、c分别为三角形面片顶点，Kab、Lab分别为以三角形顶点a、b构成的边方程的两个系数，下标ab表示三角形顶点ab构成的边，Kac、Lac分别为以三角形顶点a、c构成的边方程的两个系数，下标ac表示三角形顶点a、c构成的边，Kbc、Lbc分别为以三角形顶点b、c构成的边方程的两个系数，下标bc表示三角形顶点b、c构成的边，xa、ya、za表示编号为a的三角形顶点直角坐标，xb、yb、zb表示编号为b的三角形顶点直角坐标，xc、yc、zc表示编号为c的三角形顶点直角坐标；(9)计算三角形投影面积根据伞状天线节点坐标与三角形边方程系数，按照下式计算三角形投影面积S=∫xbxa∫Kbcx+LbcKabx+Labdydx+∫xaxc∫Kbcx+LbcKacx+Lacdydx]]>其中，S表示三角形投影面积，xa、xb、xc表示三角形编号为a、b、c的三个顶点在x方向上的直角坐标，Kab、Lab分别为以三角形顶点a、b构成的边方程的两个系数，下标ab表示三角形顶点ab构成的边，Kac、Lac分别为以三角形顶点a、c构成的边方程的两个系数，下标ac表示三角形顶点a、c构成的边，Kbc、Lbc分别为以三角形顶点b、c构成的边方程的两个系数，下标bc表示三角形顶点b、c构成的边，dydx表示在三角形投影面上进行积分运算，积分变量分别为y、x分量；(10)计算三角形面片轴向误差10a)根据伞状天线结构参数、面片平面方程系数和最优焦距，计算面片内部点轴向误差Δ＝A·x+B·y+C‑(x2+y2)/4f‑(f‑fs)其中，Δ表示面片内部点轴向误差，A、B、C分别为面片平面方程的三个系数，f为伞状天线结构参数中的焦距，fs为伞状天线最优焦距，下标s表示区别于理想天线的伞状天线，x、y表示节点直角坐标；10b)根据面片内部点轴向误差，计算三角形面片的轴向误差Ω＝∫∫Δ2dydx其中，Ω表示三角形面片的轴向误差平方值，Δ表示面片内部点轴向误差，dydx表示在三角形投影面上进行积分运算，积分变量分别为y、x分量；(11)输出伞状天线轴向精度根据三角形面片轴向误差与三角形投影面积，按照下式计算伞状天线轴向精度δ=ΣinΩi/ΣinSi]]>其中，δ表示伞状天线轴向精度，Ωi表示第i个三角形面片的轴向误差平方值，Si表示第i个三角形投影面积，n表示三角形面片数目，Σ表示加和符号；(12)判断轴向精度是否满足要求判断伞状天线轴向精度是否满足轴向精度设计要求，如果满足要求则转至步骤(13)，否则转至步骤(14)；(13)输出伞状天线结构参数当伞状天线轴向精度满足轴向精度设计要求时，输出伞状天线结构参数；(14)更新伞状天线结构参数当伞状天线轴向精度不满足轴向精度设计要求时，更新伞状天线结构参数，转至步骤(1)。