[发明专利]一种赋形卡式天线主面精度和主副面调整的精确计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，是一种赋形卡式天线主面精度和主副面调整的精确计算方法。本发明适用于赋形卡式天线主面精度的计算，同时可用于指导副反射面位置姿态的调整和主反射面面板的主动调整，以减小副反射面位置姿态误差和主反射面变形对天线性能的影响。

背景技术

赋形卡式天线以其较高的增益和良好的旁瓣特性而广泛应用于卫星通信、深空探测、射电天文等领域。天线主副反射面赋形后，其母线不再是标准曲线而是由离散数据点组成的曲线。

主面精度是天线的主要技术指标之一，它直接影响着天线的电气性能。尤其对于大型射电望远镜天线的设计，实现主反射面面型的高精度成为其研制成功的关键技术之一。随着天线口径的增大，荷载因素尤其是重力因素导致天线的变形越来越严重，从而导致了天线效率损失较大。如果仅仅是通过提高反射体的刚度来保证天线在观察范围内的主面精度是行不通的，因此需要通过曲面拟合的方法，根据天线在不同仰角下的变形后的主反射面拟合出一个新的主反射面，使其相对于变形后的主反射面偏差最小，即主面精度最高，从而提高天线效率。

目前，主面精度的计算方法有如下几种，但它们对于赋形卡式天线是不适用的。

1、朱钟淦、叶尚辉于1980年发表的专著《天线结构设计》提出了最佳拟合抛物面理论，该方法仅适用于计算前馈抛物面天线或标准双镜天线的主面精度，而应用该理论来计算赋形卡式天线的主面精度的结果是不准确的。

2、中国专利公开号CN102013576A，公开日2011年4月13日，发明创造的名称为《修正型卡塞格伦式天线的副面调整方法》，该申请案公开了一种分段拟合抛物线方法来计算赋形卡式天线的主面精度。该方法的步骤是：将赋形卡式天线主面母线离散点进行分段抛物线拟合，得到一组分段标准抛物线；将拟合的抛物线绕公共轴线旋转一周得到一组抛物环面；将抛物环面对变形后的主反射面进行最小二乘拟合计算便可得到主面精度。这种方法虽然用分段抛物线来表示赋形卡式天线主反射面母线较方法1精确些，但是拟合的抛物环面与副反射面的微波光学关系是不匹配的，这是因为拟合的每段标准抛物线只有一个焦点而相对应的该段主反射面母线对应的是一段焦区，这样电磁波经拟合的抛物环面反射再经赋形的副反射面反射后就不能聚焦到一个焦点，因此该方法是一种近似计算赋形卡式天线主面精度的方法，其结果是不准确的。

发明内容

本发明的目是在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种赋形卡式天线主面精度和主副面调整的精确计算方法，依据等光程条件建立数学模型，精确计算赋形卡式天线的主面精度，同时可准确指导副反射面位置姿态的调整和主反射面面板的主动调整。

本发明的目的是这样实现的，一种赋形卡式天线主面精度和主副面调整的精确计算方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)假设，赋形卡式天线理论设计主副反射面坐标系为xoyz；将坐标系xoyz分别沿着x轴、y轴、z轴方向进行平移，之后再分别绕x₁轴、y₂轴、z₃轴方向进行旋转，得到描述移动后的副面和与移动后的副面相对应的最佳吻合反射面的坐标系x₄ｏ₄y₄z₄。所述的x₁轴指的是坐标系xoyz分别沿着x轴、y轴、z轴方向进行平移后形成的坐标系x₁o₁y₁z₁的横轴；y₂轴指的是坐标系x₁o₁y₁z₁绕x₁轴旋转后形成的坐标系x₂ｏ₂y₂z₂的纵轴；z₃轴指的是坐标系x₂ｏ₂y₂z₂绕y₂轴旋转后形成的坐标系x₃ｏ₃y₃z₃的竖轴；

(2)由于荷载因素导致理论设计主反射面产生了变形，通过测量或力学有限元软件分析得到变形后的主反射面表达式；

(3)假设，最佳吻合反射面与变形后的主反射面之间的法向偏差为δ，结合步骤(2)中变形后的主反射面表达式，计算最佳吻合反射面表达式；

(4)计算移动后的副面表达式；