[发明专利]基于远场的变形反射面天线相位中心修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体是一种基于远场的变形反射面天线相位中心修正方法。应用于对变形反射面天线的相心修正或馈源调整。

背景技术

微波天线是一种典型的机电结合装备，反射面天线是其中应用最为广泛的一种。随着科学技术的发展，面天线向着高频率、高增益、大口径的方向发展，外载荷，如热、重力、风等引起的变形严重恶化了天线的电性能。

为了保证天线电性能，必须采取一定措施减小反射面变形对电性能的影响。最简单的一种折中方法是寻找合理的面板安装调整角，使重力作用下的天线在各个仰角处的型面加权精度最高。针对抛物面天线，简单有效的补偿方法是找到最佳吻合抛物面，将馈源调整到最佳吻合抛物面的焦点以减小系统误差。针对赋形卡式天线的重力变形，可对变形主反射面进行分段吻合，找到新的副面位置来补偿主面变形。目前也有相关文献从机电耦合的角度出发，以电性能为目标对馈源位置进行优化，寻求变形反射面天线的最优相位中心。

上述现有的方法，有一个共同前提就是已知反射面的变形信息，即天线真实变形需实测或者由有限元模型仿真得到。实际上天线所处环境复杂，风荷、太阳照射、结构关节间隙、地面和天空辐射等因素在有限元模型中很难准确模拟，结构有限元分析结果的准确性值得商榷，长期服役的天线也可能发生永久未知变形，因此根据有限元模型仿真得到的反射面变形信息对馈源进行调整存在着较大误差。采用测量工具，如摄影测量，微波全息测量，激光全站仪等，虽然可真实反映反射面的真实变形信息，但在天线工作过程中进行测量是不很方便的，且随着大口径天线的发展，测量天线反射面变形的工作量比较大，耗时比较长，工程中应用非常不便。工程中测试人员采用的方法则是，测量天线远场方向图，根据远场方向图副瓣的对称性能，根据经验判断副面或馈源如何调整，通常调整次数较多，耗时较长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提出一种基于远场的变形反射面天线相位中心修正方法，以在反射面变形未知的情况下实现对馈源或副面的调整，完成对主面变形的补偿。

实现本发明目的的技术方案是：基于口径场方法，用变形反射面的最佳吻合参数描述最佳吻合抛物面的口径面总光程差；将光程差转换为相位差，带入远场计算公式中，基于一阶泰勒级数展开，推导出天线远场场强对最佳吻合参数的敏度；将远场场强与最佳吻合参数组成一个线性方程组；根据测得的远场场强，基于MATLAB的左除运算，求解上述线性方程组中最佳吻合参数的最小二乘解；根据最佳吻合参数的最小二乘解计算馈源空间位置的调整量。具体步骤包括如下：

（1）用变形反射面天线的最佳吻合参数p，建立最佳吻合抛物面的口径面总光程差δ；

（2）用步骤（1）中的口径面总光程差δ，建立最佳吻合抛物面的口径面相位差

（3）根据口径场方法，利用步骤（2）中的口径面相位差建立变形反射面天线的远场电场E′(θ,φ)计算公式：

式中，θ为球坐标系的仰角，φ为球坐标系的方位角，该球坐标系的圆心处于口径面中心o₀，对应的笛卡尔坐标系为o₀x₀y₀z₀，ρ′为x₀o₀y₀平面内极坐标的极径分量，φ′为x₀o₀y₀平面内极坐标的极角分量，Q(ρ′,φ′)为口径场分布函数，j为虚数符号，为波常数，f′为工作频率，c′为光速，A为反射面天线在x₀o₀y₀平面上的投影面积；

（4）对步骤（3）中指数项进行一阶泰勒级数展开，用最佳吻合参数p表示近似远场电场E′_a(θ,φ)：

E′_a(θ,φ)＝E(θ,φ)+c^T(θ,φ)·p，

其中，c(θ,φ)为远场测量点(θ,φ)处的电场对最佳吻合参数p的敏度列向量，E(θ,φ)为远场测量点(θ,φ)处的理想电场，上标T为矩阵转置运算符；

（5）在主波束附近选择m个远场测量点(θ_i,φ_i)，i＝1,2,…,m，m≥6，分别带入步骤（4）近似远场电场E′_a(θ,φ)中，组成以最佳吻合参数p为变量的线性方程组：