[发明专利]基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法

说明书

本发明公开了天线技术领域的基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法，包括如下步骤：在长轴平面引入口面电场，求解长轴平面的主、副反射面曲线；在短轴平面引入口面电场，基于传播路径相等的条件，求解短轴平面的主、副反射面曲线；利用长、短轴平面的副反射面曲线，结合过渡函数设计出整个副反射面；根据反射定律和等光程条件，由副反射面确定出主反射面；判断反射面性能是否达到要求并进行优化，在常规环焦椭圆波束反射面天线设计方法中引入口面电场，利用口面电场和过渡函数联合优化，增加了可供选择的优化参数，提高了设计的自由度，解决了由于可供选择的过渡函数数目有限，导致反射面性能无法达到最佳的问题。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体为基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法。

背景技术

在雷达、卫星通信等领域中需要反射面天线在宽频带内具有高效率、低旁瓣等特征。椭圆波束反射面天线的方位面波束窄，俯仰面波束宽，天线在跟踪目标时，只需要启动伺服控制系统在方位面对目标进行实时跟踪、搜索，省去了对俯仰面的操作，加快了扫描速度。

环焦反射面天线由于馈源轴线方向的射线经副面反射后传播到主面的边缘，因此副面的反射线远离馈源，副面对馈源的反射小，这样可以获得良好的驻波比。同时也可以不必担心馈源的遮挡，可以使用尺寸较大的馈源，并可以使馈源靠近副面，可以降低副反射面的边缘照射电平，从而降低反射面天线的副瓣电平。作为一种高性能小口径反射面天线得到了广泛应用。

常规环焦椭圆波束反射面天线求解方法是：分别在环焦反射面天线的长轴平面和短轴平面上，选取副反射面边缘照射角度和焦距等几何参数，利用环焦反射面天线的几何特性分别设计出长、短轴平面的截面曲线，再利用满足特定约束条件的过渡函数求出介于长轴平面和短轴平面之间的副反射面曲线，从而得到整个副反射面曲线，进而利用等路程条件和反射定律，通过副反射面曲线求解主反射面曲线。现有技术缺点在于：采用常规方法设计的环焦椭圆波束反射面天线如果不满足高效率、低旁瓣等性能，则需要继续对反射面的形状进行优化，长、短轴平面的截面曲线由基本几何参数确定，其满足标准环焦天线的几何属性，形状基本固定，其他平面的曲线则由长、短轴平面的截面曲线和过渡函数决定，优化反射面的性能基本只能通过优化过渡函数来实现，而可供选择的满足特定约束条件的过渡函数的数目是有限的，制约了优化过程的自由度，因此采用现有方法设计的反射面天线很难拥有最佳性能，基于此，本发明设计了基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法，以解决上述背景技术中提出的现有方式很难使反射面天线拥有最佳性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于口面电场分布的环焦椭圆波束反射面天线设计方法，包括如下步骤：

S1：长轴平面的馈源功率辐射方向图已知时，选择长轴平面的主反射面的口面电场分布和基本几何参数，根据能量守恒、等路程条件以及Snell定律求解出长轴平面的主、副反射面截面曲线；

S2：根据短轴平面的馈源功率辐射方向图，选择短轴平面的主反射面口面电场分布，基于长轴平面和短轴平面路程相等的条件，结合能量守恒和Snell定律设计短轴平面的主、副反射面截面曲线；

S3：在得到长轴平面和短轴平面的副反射面截面曲线后，利用副反射面矢径过渡函数和边缘照射角过渡函数计算出整个副反射面曲线；

S4：根据反射定律和等光程条件，由副反射面曲线确定出主反射面曲线；

S5：判断反射面增益和副瓣电平等指标是否达到要求，若是则结束；否则重复步骤S1至S4。

进一步的，所述步骤S1具体为利用确定的馈源功率辐射方向图，选取长轴平面的主反射面的口面电场分布，并选取环焦天线的基本几何参数；应用常规赋形环焦反射面天线求解方法，通过求解一阶微分方程组求得长轴平面上的主反射面截面曲线和副反射面截面曲线。