專利名稱：一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中的一種低剖面橢圓波束卡氏的天線設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明特別適用于移動(dòng)衛(wèi)星通信地球站如車載、機(jī)載衛(wèi)星通信站用作高效率、小型化的低剖面天線的制造。
背景技術(shù)：
在通信領(lǐng)域中可以形成橢圓波束天線的型式有如下幾種，但它們在性能上均存在某些缺陷。1、簡單的切割拋物面天線和切割賦形環(huán)焦天線，雖然可以形成橢圓波束，但是其效率很低(低于)、旁瓣偏高。2、利用橢圓口徑的饋源饋電和使用橢圓口徑主副面雖然也可獲得較高效率的橢圓波束，但饋源的成本較高，且在線極化工作時(shí)，天線的極化隔離和跟蹤性能較差，特別是無法實(shí)現(xiàn)良好的圓極化工作。3、賦形雙偏置天線也可形成橢圓波束，并且具有較高的天線效率，但雙偏置結(jié)構(gòu)由于饋源、副面和主面偏置擺放，造成縱向尺寸和橫向尺寸增大，剖面較高，不能滿足裝車和裝機(jī)的空間要求，故不能用作機(jī)載和車載衛(wèi)通站天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，且本發(fā)明還具有高效率、低旁瓣、較好的極化跟蹤和隔離性能及剖面低、重量輕等特點(diǎn)，適合用于移動(dòng)衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括步驟(1)在直角坐標(biāo)系XOZ平面內(nèi)設(shè)計(jì)天線的主面母線和副面母線；在直角坐標(biāo)系XOZ平面，即φ=0°平面上，由天線主面(1)橢圓口徑短軸平面上拋物線(3)的參數(shù)口面直徑Dn^P焦徑比τ、天線副面(2)橢圓口徑短軸平面上雙曲線(4)的副面半徑Ds確定副面的焦距2c，根據(jù)饋源的方向圖函數(shù)和天線口面場分布函數(shù)，應(yīng)用能量守恒定律和等光程原理，按照旋轉(zhuǎn)對稱的卡氏天線賦形方法對主面、副面進(jìn)行賦形設(shè)計(jì)得到天線的主面母線和副面母線；主面母線的端點(diǎn)分別為MP和MQ，副面母線的對應(yīng)端點(diǎn)分別為 SP 和 SQ ；MP 的坐標(biāo)為(XMP，0，Zmp)，MQ 的坐標(biāo)為(XMQ，0，ZMQ)，SP 的坐標(biāo)為(XSP,0, Zsp)，SQ 的坐標(biāo)為(xsq，O，&q)；(2)對步驟(1)中設(shè)計(jì)完成的天線副面的短軸母線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，擬合曲線兩個(gè)端點(diǎn)的反射線分別到天線主面對應(yīng)的兩個(gè)端點(diǎn)；擬合函數(shù)為f{0) = J^aiO'
其中，Θ為與直角坐標(biāo)系相對應(yīng)的球坐標(biāo)系的Θ ；ち為多項(xiàng)式系數(shù)，并且1 = 1，2，’"，にf( θ )為原點(diǎn)到與θ對應(yīng)副面點(diǎn)的距離；(3)構(gòu)造天線副面的矢量函數(shù)；構(gòu)造天線副面的標(biāo)量函數(shù)g ( θ , φ ) = X1 X f ( Θ ) [l-cos (2 Φ )]其中れ為修正參數(shù)；f( Θ )為⑶中得到的擬合函數(shù)；φ為與直角坐標(biāo)系相對應(yīng)球坐標(biāo)系的Φ變量；天線副面的矢量函數(shù)寫為f - g(0^)r = rr式中卩為球坐標(biāo)系中的卩方向的單位矢量；(4)根據(jù)步驟(3)中得出的天線副面的矢量函數(shù)，通過反射定律和等光程條件，確 定天線主面上的點(diǎn)；完成低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)。其中，在步驟(4)之后，如果天線主面輪廓未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，調(diào)整步驟(3)中的 修正參數(shù)れ，重復(fù)步驟C3)和步驟0)。其中，步驟G)中確定天線主面上的點(diǎn)包括以下步驟(401)副面的矢量函數(shù)確定后，副面上任意一點(diǎn)的法向矢量可寫為
權(quán)利要求
1.一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括步驟(1)在直角坐標(biāo)系XOZ平面內(nèi)設(shè)計(jì)天線的主面母線和副面母線；在直角坐標(biāo)系XOZ平面，即φ=0°平面上，由天線主面(1)橢圓口徑短軸平面上拋物線 (3)的參數(shù)口面直徑Dn^P焦徑比τ、天線副面(2)橢圓口徑短軸平面上雙曲線(4)的副面半徑Ds確定副面的焦距2c，根據(jù)饋源的方向圖函數(shù)和天線口面場分布函數(shù)，應(yīng)用能量守恒定律和等光程原理，按照旋轉(zhuǎn)對稱的卡氏天線賦形方法對主面、副面進(jìn)行賦形設(shè)計(jì)得到天線的主面母線和副面母線；主面母線的端點(diǎn)分別為MP和MQ，副面母線的對應(yīng)端點(diǎn)分別為SP 和 SQ ；MP 的坐標(biāo)為(XmpjO, Zmp)，MQ 的坐標(biāo)為(XMQ，0，Zw)，SP 的坐標(biāo)為(XsP，0，Zsp)，SQ 的坐標(biāo)為(XSQ，0，Zsq)；(2)對步驟(1)中設(shè)計(jì)完成的天線副面的短軸母線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，擬合曲線兩個(gè)端點(diǎn)的反射線分別到天線主面對應(yīng)的兩個(gè)端點(diǎn)；擬合函數(shù)為/(沒)=!>々’/=0其中，θ為與直角坐標(biāo)系相對應(yīng)的球坐標(biāo)系的θ； 為多項(xiàng)式系數(shù)，并且i = 1，2，…，N; f(0)為原點(diǎn)到與θ對應(yīng)副面點(diǎn)的距離；(3)構(gòu)造天線副面的矢量函數(shù)； 構(gòu)造天線副面的標(biāo)量函數(shù)g( θ , Φ) = XlXf( θ ) [1-οο8(2Φ)]其中xl為修正參數(shù)；f(9)為(3)中得到的擬合函數(shù)；Φ為與直角坐標(biāo)系相對應(yīng)球坐標(biāo)系的Φ變量；天線副面的矢量函數(shù)寫為f = g、0, <f)r = rr式中(為球坐標(biāo)系中的f方向的單位矢量；(4)根據(jù)步驟(3)中得出的天線副面的矢量函數(shù)，通過反射定律和等光程條件，確定天線主面上的點(diǎn)；完成低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于在步驟(4)之后，如果天線主面輪廓未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，調(diào)整步驟(3)中的修正參數(shù)xl，重復(fù)步驟⑶和步驟⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟(4)中確定天線主面上的點(diǎn)包括以下步驟(401)副面的矢量函數(shù)確定后，副面上任意一點(diǎn)的法向矢量可寫為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)方法，屬于通信對抗技術(shù)領(lǐng)域，用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特別是在動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。本發(fā)明通過對天線主反射面和副反射面賦型完成低剖面橢圓波束卡氏天線的設(shè)計(jì)。本發(fā)明具有高增益、低旁瓣、低交叉極化特性等特點(diǎn)，本發(fā)明的天線主反射面等效直徑為0.83米，天線波束為橢圓波束，橢圓的長軸與短軸之比約為2∶1。
文檔編號H01Q15/16GK102509898SQ20111038164
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者周建寨, 張文靜, 李勇, 楊曉琦, 王海 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所