[发明专利]一种宽带馈源的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种宽带馈源的优化设计方法，突破了一般方法中将照射角、照射电平作为反射面于馈源接口进行设计的思路，将馈源代入具体的反射面天线系统中进行设计，以反射面天线的增益或G/T值作为评价标准。从而在根本上解决以往馈源设计中多个性能指标间的平衡问题，实现天线性能在宽频带内达到最优的目的，适用于各种反射面天线宽带馈源的设计。

背景技术

反射面天线是最主要的高增益天线，在卫星通信、导航、深空探测、射电天文等领域得到了广泛的应用。反射面天线设计可分为反射面设计和馈源设计两部分。目前，反射面设计与馈源设计一般以照射角和照射电平作为接口，两部分设计相对独立，该方法大大减少了天线设计的工作量。

由于馈源具有照射电平、波束等化、相位中心变化等多项技术指标，这些指标会综合影响天线的整体性能，因此在设计中难以取舍。而反射面一般是以高斯照明为基础进行设计的，这样设计出的天线性能难以保证是最优的。尤其是在宽带馈源设计中，描述馈源性能的各项技术指标随频率变化较大，难以实现在宽频带内反射面天线性能最优的目标。

发明内容

本发明的目的在于避免背景技术中的不足之处而提供一种宽带馈源的优化设计方法。

本发明所采取的技术方案为：

一种宽带馈源的优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)选取宽带馈源的设计参数作为优化变量，并给定这些设计参数的初始值；

(2)按照选取的初始设计参数，对宽带馈源进行仿真分析，得到宽带馈源的性能参数；宽带馈源的性能参数包括辐射方向图和电压驻波比；

(3)将步骤(2)中得到的宽带馈源的性能参数代入具体的反射面天线中进行仿真计算，得到反射面天线的辐射方向图，根据反射面天线的辐射方向图得出反射面天线的性能参数，反射面天线的性能参数包括增益、第一旁瓣电平和G/T值；

(4)以反射面天线的性能参数作为评价函数，采用优化算法，对宽带馈源的部分或全部初始设计参数进行优化，得到使反射面天线性能达到最优的优化后的宽带馈源设计参数并将其作为宽带馈源的最终设计参数；

完成宽带馈源的优化设计。

其中，对于波纹喇叭，宽带馈源的设计参数包括波纹槽形式、数量、槽深、槽宽，喇叭内壁曲线，输入、输出口尺寸；对于四脊喇叭，宽带馈源的设计参数包括喇叭口直径、喇叭内壁曲线、脊曲线、脊宽度、反射腔形式和尺寸。

其中，步骤(3)中的仿真计算的方法除采用实际应用的反射面天线外，还可采用等效抛物面方法、等效口面场方法、焦面场匹配方法或主面遮挡方法。

其中，步骤(4)中的优化算法包括全局和局部优化算法。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.本发明打破了反射面系统与馈源的“原有壁垒”，将二者视为一个整体，把实际馈源放在反射面设计中，以天线的性能最优作为设计准则，并以此为依据进行两者的最优化设计，从而在根本上解决以往宽带馈源设计时多个性能指标间的平衡问题

2.适用于各种反射面天线宽带馈源的设计。

附图说明

图1是本发明的设计思路流程图。

图2是本发明的宽带馈源优化设计流程图

具体实施方式：

参照图1，图2一种宽带馈源的优化设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)选取宽带馈源的设计参数作为优化变量，并给定这些设计参数的初始值；

选择波纹喇叭作为优化设计对象，步骤(1)中宽带馈源的设计参数包括波纹槽形式、数量、槽深、槽宽，喇叭内壁曲线，输入、输出口尺寸。选取槽深和槽宽作为优化设计对象，其余设计参数取定值。作为优化设计对象的每个设计参数选择各N个数值，作为设计参数的初始值，形成N组初始设计参数形成初始设计参数种群；其中，每组设计参数中的某个初始设计参数值可与另一组中对应的初始设计参数值相同或不同。N为大于1的自然数。

(2)按照选取的设计参数，对宽带馈源进行仿真分析，得到宽带馈源的性能参数；宽带馈源的性能参数包括辐射方向图和电压驻波比；

利用仿真软件，对N组设计参数对应的波纹喇叭进行性能仿真，得到N组设计参数对应的波纹喇叭在不同频率的辐射方向图和电压驻波比。

(3)将步骤(2)中得到的宽带馈源的性能参数代入具体的反射面天线中进行仿真计算，得到反射面天线的辐射方向图，根据反射面天线的辐射方向图得出反射面天线的性能参数，反射面天线的性能参数包括增益、第一旁瓣电平和G/T值；