[发明专利]一种具有赋形波束的新型网状天线结构设计方法

摘要

本发明公开了一种具有赋形波束的新型网状天线结构设计方法，该方法首先对该天线索网反射面进行赋形设计；然后结合赋形后的网面反射面，设计上层和下层的索网结构，进而得到总体三层索网结构；其次通过对三层索网结构进行平衡预张力设计，保证了其结构的可张拉性和可实现性；最后设计了支撑三层索网的三层桁架结构，进而得到索网‑桁架整体天线结构。本发明通过将周边桁架式可展开网状天线的两层索网结构扩展为三层索网结构来实现具有赋形反射面的网状天线结构，其设计过程简明；所设计得到的赋形网状天线结构具有可张拉性，结构上易实现，具有很好的工程应用价值。

主权项

1.一种具有赋形波束的新型网状天线结构设计方法，其特征是：包括如下步骤：步骤101：确定网状天线反射面的基本电参数和几何参数，包括确定天线的工作频率f，天线的光学口径D、反射面焦距F、反射面偏置距离p以及天线高度H；步骤102：确定具有赋形要求的区域所对应的天线远场观测点(AZ_i,EL_i)和赋形区域的增益要求D_i≥D^obj(i＝1～N_far)；其中，(AZ_i,EL_i)表示第i个远场观测点的角度坐标，D_i为第i个远场观测点处的增益值，D^obj为赋形区域所要求的目标增益值，N_far为远场观测点数目；步骤103：生成索网偏置抛物面：首先，根据现有的偏置抛物面切割技术，得到偏置抛物反射面的初始几何形状；然后，对偏置抛物反射面进行初始索网网格划分，划分为辐射状网格、三向网格或者准测地线网格形式，将其作为索网赋形设计的初始拓扑构型，并将对应的节点坐标信息和索段拓扑连接关系信息整理成固定格式的数据文件；步骤104：建立并求解网状反射面赋形波束设计的优化模型，得到赋形网状反射面；步骤105：设计具有赋形网状反射面的三层索网结构；步骤106：确定三层索网结构在张拉平衡状态下的预张力分布；步骤107：设计用于支撑三层索网结构的环形桁架结构；步骤108：确定索网‑桁架整体天线结构模型；综合步骤105和步骤107，得到赋形设计后的索网‑桁架整体结构；步骤109：结束赋形网状天线的结构设计；所述的步骤104，包括如下步骤：步骤201：确定设计变量：在天线局部坐标系oxyz中，将索网反射面所有内部自由节点的z坐标相对于初始位置的变化量作为设计变量，即Δz＝[Δz₁,Δz₂…,Δz_n]^T，其中，n为索网反射面自由节点的总数目；T为矩阵转置符号；步骤202：确定目标函数：进行网状反射面的赋形设计时，需要满足远场电性能指标，目标目标函数如下：步骤203：确定约束条件：需要满足的约束条件如下：1)设计变量的上、下限约束，即满足0≤Δz_j≤Δz_max,(j＝1～n)式中，Δz_max为Δz_j的上限值；2)赋形后的远场观测点增益值，应满足D_i≥D,(i＝1～N_far)式中，D为远场观测点增益的下限值；步骤204：建立优化模型：综合步骤201～步骤203，优化模型如下：FindΔz＝[Δz₁,Δz₂…,Δz_n]^TS.t.0≤Δz_j≤Δz_max,(j＝1～n)D_i≥D,(i＝1～N_far)步骤205：求解优化模型：采用遗传算法这种优化算法求解步骤204中建立的优化模型，得到赋形设计后的反射面节点z坐标的变化量，进而得到赋形网状反射面。