[发明专利]高功率微波环焦双反射面天线

权利要求书

1.一种高功率微波环焦双反射面天线，其特征在于：包括与微波源同轴连接的TEM-圆波导TM₀₁模式转换器、次反射面、主反射面及喇叭天线，次反射面与主反射面相对设置；所述模式转换器的输出端连接喇叭天线，且模式转换器的输入端端口内、外半径与微波源一致；次反射面呈椭球面，由椭圆ET段绕OT轴旋转一周，次反射面包含焦点O和焦点C，喇叭天线的相位中心位置位于次反射面的焦点O处，主反射面呈抛物环面，由抛物线PQ段绕OT轴旋转一周，主反射面焦点与次反射面焦点C重合；

所述椭圆ET段求解过程如下：

假设焦点O为原椭圆的坐标原点，原椭圆长轴、短轴分别为b、a，则次反射面对应的椭圆由原椭圆绕焦点O绕顺时针旋转α而得，则旋转前原椭圆方程为：

y₀′²/a²+[z₀′-(b²-a²)]²/b²=1

旋转后椭圆方程为：

(y′×cosα-z′×sinα)²/a²+[y′×sinα+z′×cosα-(b²-a²)^0.5]²/b²=1

其中，y′、z′旋转后椭圆上点的坐标值；

旋转后椭圆与y轴交于T点，旋转前原椭圆的另外一个焦点C′坐标为[0, 2(b²-a²)^0.5]，旋转后椭圆的焦点C坐标为[2sinα(b²-a²)^0.5, 2cosα(b²-a²)^0.5]；根据环焦双反射面天线原理，次反射面边缘处E点纵坐标与焦点C相同，设E点坐标为E[E_y2sinα(b²-a²)^0.5, 2cosα(b²-a²)^0.5]则有：

(E_y-1)²×sin²2α/a²+(2E_y×sin²α+cos2α)²/b²=1/(b²-a²)

令：a₀=(E_y-1)²×sin²2α, b₀=(2E_y×sin²α+cos2α)²,c₀=1/(b²-a²)

则有：

a₀/a²+b₀/b²=c₀，b²=a²+1/c₀

化简得：

a⁴×c₀+(1-a₀-b₀)×a²-a₀/c₀=0

求解得：

a²={-(1-a₀-b₀)+[(1-a₀-b₀)²+4a₀]^0.5}/(2c₀)

对于旋转后的椭圆与y轴交于T点，即T点的纵坐标Tz为0

(y′×cosα)²/a²+[y′×sinα-(b²-a²)]²/b²=1

求解得T点横坐标为：

Ty={α²×sinα(b²-a²)^0.5+a²[sin²α(b²-a²)+(b²cos²α+a²sin²α)]}/ (b²cos²α+a²sin²α)

给定旋转角α和E点坐标，即令A= E_y2sinα(b²-a²)^0.5、B=2cosα(b²-a²)^0.5，A、B为给定的E点横坐标值和纵坐标值，即可求解a、b，进而求出T点的坐标；

所述抛物线PQ段求解过程如下：

焦点C同时为主反射面抛物线PQ的焦点，由于P点位于EC延长线上，PC的长度即为抛物线焦距F，则P点坐标为：

P_y=C_y-F, P_z=C_z

设抛物线方程为：

y=(z-C_z)²/(4F)+C_y-F，y、z为抛物线PQ上的任意一点；

则抛物线上端点Q满足：

Q_y=(Q_z-C_z)²/(4F)+C_y-F

由于Q点位于TC延长线上，则Q点坐标必然满足下式：

Q_z=(Q_y-T_y)×(C_z-T_z)/(C_y-T_y)+ T_z

由上述两式可得：

Qz=(C_z-T_z)/(C_y-T_y)×[(Q_z-C_z)²/(4F)+C_y-F-T_y]+T_z

令：a₂=(C_y-T_y)×(C_z-Q_z)/(C_z-T_z)

则有：

F²-a₂×F-(C_z-Q_z)²=0

求解得：

F={a₂+[a₂²+(Q_z-C_z)²]^0.5}/2

Q_z为主反射面的口径半径，给定Q_z的值即可根据公式a₂=(Q_y-T_y)×(C_z-Q_z)/(C_z-T_z) 求出a₂，根据公式F={a₂+[a₂²+(Q_z-C_z)²]^0.5}/2进一步求出F，即可再求出P_y、Q_y，从而求出P点和Q点的坐标；

所述Q_z根据抛物面的增益G_抛设计指标近似评估， G_抛=10log₁₀[28Q_z²/λ²]，其中，λ为波长。