專利名稱：基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，可用于對(duì)帶有介質(zhì)夾層式天線罩的反射面天線系統(tǒng)的電性能進(jìn)行補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
天線罩是保護(hù)天線免受自然環(huán)境影響的透波殼，是由天然或人造電介質(zhì)材料制成的覆蓋物，或是由桁架支撐的電介質(zhì)殼體構(gòu)成的特殊形狀的電磁明窗。設(shè)計(jì)優(yōu)良的天線罩，除了具有保護(hù)性、傳導(dǎo)性、可靠性、隱蔽性和裝飾性等功能外，還可以延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)各部分的使用壽命、降低壽命成本和操作成本、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低維修成本、保證天線表面和位置的精確度、給天線操作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。但是天線罩也會(huì)對(duì)理想天線的電磁輻射產(chǎn)生影響，使理想的天線電性能有所降低。天線罩設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電性能設(shè)計(jì)結(jié)合的復(fù)雜設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)航空、氣象及軍事技術(shù)的進(jìn)步和軍事形勢(shì)的發(fā)展，進(jìn)行遠(yuǎn)程精密跟蹤測(cè)量雷達(dá)等高精度雷達(dá)和高增益天線的研究與制造已成為緊迫的任務(wù)。而特殊地理位置的自然環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響較大，配備天線罩成為這些雷達(dá)、天線必不可少的要求，介質(zhì)夾層式天線罩以其良好的結(jié)構(gòu)性能和電性能而得到廣泛的應(yīng)用。杜耀惟在1993年出版的經(jīng)典著作《天線罩電信設(shè)計(jì)方法》一書中分析了介質(zhì)夾層式天線罩對(duì)天線遠(yuǎn)場(chǎng)的影響，該方法首先求出天線罩的透射系數(shù)，然后根據(jù)天線的口徑場(chǎng)和天線罩的透射系數(shù)得到加罩后的口徑場(chǎng)，積分求出加罩后天線的遠(yuǎn)場(chǎng)。該方法的不足是:沒有考慮通過軸向偏焦來改善帶罩天線系統(tǒng)的電性能。李高升在2004年的論文《拋物面天線饋源軸向偏焦的理論及應(yīng)用研究》中使用幾何光學(xué)理論分析了軸向偏焦對(duì)拋物面天線電性能的影響，該方法首先求出了軸向偏焦影響下的天線口徑場(chǎng)，然后根 據(jù)口徑場(chǎng)積分求出天線遠(yuǎn)場(chǎng)，然而該方法并未將其應(yīng)用到對(duì)加罩后天線電性能的補(bǔ)償中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，以改善帶罩天線系統(tǒng)的電性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟:(I)根據(jù)已知的天線口徑場(chǎng)/「(P,爐)，計(jì)算天線的遠(yuǎn)場(chǎng)F(0，Φ)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T1,并從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中提取電性能指標(biāo)，即最大場(chǎng)強(qiáng)G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ；(2)用傳輸線理論計(jì)算天線罩上各點(diǎn)處的透射系數(shù)，并計(jì)算透過天線罩后的口
徑場(chǎng):Ι':\ρ,φ) = /;(ρ, φ). \,；(3)根據(jù)天線罩的透射系數(shù)以及天線的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算天線軸向偏焦的初始調(diào)整量df:
對(duì)于單反射面天線，其初始調(diào)整量為:= , Δ///Λ,、，其中Λ ητ是透射系數(shù)的相位最大值與最小值之差，ξ.是
zr(1-cos<jmaxj
拋物面口徑張角；若計(jì)算出的df大于Ο. λ，則令df等于Ο. λ，λ是天線的波長(zhǎng)j = ,，其中f為天線工作頻率，c為光速；對(duì)于雙射面天線，其初始調(diào)整量的計(jì)算按以下兩種方式進(jìn)行:若調(diào)整饋源，按公式4 = ,,、進(jìn)行計(jì)算，其中ξ / _是饋源對(duì)副反射面
2^U-c0sSmax J
的張角；若計(jì)算出的df大于0.1 λ，則令df等于0.1入。若調(diào)整副反射面，按公式4 = m —)進(jìn)行計(jì)算，其中ζ " _是焦
點(diǎn)對(duì)副反射面的張角；若計(jì)算出的df大于0.1 λ，則令df等于0.1 λ ;(4)計(jì)算天線的軸向偏焦七造成的口徑場(chǎng)的相位差Λ Ψ，得到軸向偏焦時(shí)透過天線罩后的口徑場(chǎng):p., (P)=廠'(P, φ).Δψ ；(5)根據(jù)透過天線罩后的口徑場(chǎng)F(AP)，計(jì)算未軸向偏焦時(shí)帶罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)F' (θ，Φ)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖！^，并從該遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中提取最大場(chǎng)強(qiáng)匕、左一副瓣L2、和右一副辦R2這些電性能指標(biāo)；`(6)根據(jù)軸向偏焦時(shí)透過天線罩的后口徑場(chǎng)Γ'(ρ,爐)，計(jì)算軸向偏焦時(shí)帶罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)F" (θ，Φ)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖！^，并從該遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中提取最大場(chǎng)強(qiáng)匕、左一副瓣L3和右一副辦R3這些電性能指標(biāo)；(7)對(duì)比步驟(I)、(5)、(6)中得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖！\、T2, T3和相應(yīng)的電性能指標(biāo)，計(jì)算加罩后對(duì)天線電性能指標(biāo)的改變量，以及計(jì)算軸向偏焦后對(duì)帶罩天線系統(tǒng)的電性能指標(biāo)的改變量；(8)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷加罩并且軸向偏焦后系統(tǒng)的電性能指標(biāo)改變量是否滿足預(yù)設(shè)要求，如果滿足，則輸出步驟(I)、(5)、(6)中得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖1\、T2、T3和相應(yīng)的電性能指標(biāo)；否則，對(duì)軸向偏焦量4進(jìn)行微調(diào)，并重復(fù)步驟(4)到步驟(8)，直至結(jié)果滿足要求。本發(fā)明由于采用饋源的軸向偏焦來補(bǔ)償加罩后天線口徑場(chǎng)的相位畸變，因而與現(xiàn)有技術(shù)相比，改善了帶罩天線系統(tǒng)的電性能。


圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；圖2是本發(fā)明中計(jì)算透過天線罩后的口徑場(chǎng)的子流程圖；圖3是單反射面天線的變量示意圖；圖4是雙反射面天線的變量示意圖；圖5是介質(zhì)夾層式天線罩的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5中的C夾層天線罩的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是無(wú)罩天線、軸向偏焦前后加罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體步驟如下: 步驟一，根據(jù)天線的已知口徑場(chǎng)計(jì)算天線遠(yuǎn)場(chǎng)。(Ia)根據(jù)已知的天線口徑場(chǎng)分布計(jì)算天線的遠(yuǎn)場(chǎng)F(0，φ):
權(quán)利要求
1.一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據(jù)已知的天線口徑場(chǎng)/':(/)#)，計(jì)算天線的遠(yuǎn)場(chǎng)F(e，Φ)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T1，并從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中提取電性能指標(biāo)，即最大場(chǎng)強(qiáng)G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ； (2)用傳輸線理論計(jì)算天線罩上各點(diǎn)處的透射系數(shù)&,并計(jì)算透過天線罩后的口徑場(chǎng):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，其特征在于步驟(4)所述的計(jì)算天線的軸向偏焦七造成的口徑場(chǎng)的相位差△ Ψ，根據(jù)天線類型計(jì)分別按如下公式計(jì)算: 對(duì)于單反射面天線，其軸向偏焦七造成的口徑場(chǎng)的相位差ΔΨ=2π/λdfcosξ，其中I是焦點(diǎn)到拋物面上一點(diǎn)的連線與拋物面軸線的夾角； 對(duì)于雙射面天線，計(jì)算軸向偏焦七造成的口徑場(chǎng)的相位差Δ ψ有兩種公式:若調(diào)整饋源，按公式ΔΨ=2π/λdfcosξ'進(jìn)行計(jì)算，其中ξ'是饋源到副反射面上一點(diǎn)的 連線與副反射面軸線的夾角；若調(diào)整副反射面，按公式ΔΨ=2π/λdf(cosξ'+cosξ'')進(jìn)行計(jì)算，其中ξ"是焦點(diǎn)到副反射 面上一點(diǎn)的連線與副反射面軸線的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，其特征在于所述步驟(7)中計(jì)算加罩后對(duì)天線電性能指標(biāo)的改變量，包括: 加罩后最大場(chǎng)強(qiáng)減小值:AG1=G1-G2, 加罩后左一副瓣升高值:AL1=L2-L1, 加罩后右一副瓣升高值-AR1=R2-R1, 其中GpLpR1分別為從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T1中提取的最大場(chǎng)強(qiáng)、左一副瓣和右一副瓣，G2、L2、R2分別為從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T2中提取的最大場(chǎng)強(qiáng)、左一副瓣和右一副瓣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，其特征在于所述步驟(7)中計(jì)算軸向偏焦后對(duì)帶罩天線系統(tǒng)的電性能指標(biāo)的改變量，包括: 軸向偏焦后最大場(chǎng)強(qiáng)減小值:AG2=G2-G3, 軸向偏焦后左一副瓣升高值:AL2=L3-L2, 軸向偏焦后右一副瓣升高值:AR2=R3-R2, 其中G2、L2、R2分別為從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T2中提取的最大場(chǎng)強(qiáng)、左一副瓣和右一副瓣，G3、L3、R3分別為從遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖T3中提取的最大場(chǎng)強(qiáng)、左一副瓣和右一副瓣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補(bǔ)償方法，主要解決天線罩對(duì)天線電性能影響過大的問題。其技術(shù)方案是根據(jù)口徑場(chǎng)計(jì)算天線遠(yuǎn)場(chǎng)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖并提取電性能指標(biāo)；計(jì)算透過天線罩后的口徑場(chǎng)；計(jì)算軸向偏焦的初始調(diào)整量；計(jì)算軸向偏焦時(shí)透過天線罩后的口徑場(chǎng)；計(jì)算軸向偏焦前后帶罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)，繪制遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖并提取電性能指標(biāo)；對(duì)比無(wú)罩天線、軸向偏焦前后帶罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，如滿足天線的電性能要求，則輸出無(wú)罩天線、軸向偏焦前后帶罩天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)及軸向偏焦量；否則，微調(diào)軸向偏焦量，并重復(fù)上述過程，直至電性能滿足要求。本發(fā)明能有效改善帶罩天線系統(tǒng)的電性能，可用于天線罩的分析與設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK103094685SQ201310030150
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者李鵬, 許萬(wàn)業(yè), 仇原鷹, 段寶巖, 王從思, 宋立偉, 周金柱, 鄧?yán)? 劉超 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)