本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種反射面天線賦形優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

目前，遠(yuǎn)距離微波通信中，由于各通信站點(diǎn)之間的距離遙遠(yuǎn)，空間損耗極大，因此往往采用高增益天線進(jìn)行定向通信。其中反射面天線，由于其易于加工、增益高和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)往往成為首選。

近年來(lái)，隨著微波通信的快速發(fā)展，空間頻譜資源日益緊張，相互干擾問(wèn)題日益突出。通信天線的旁瓣特性和交叉極化性能成為影響通信資源利用的重要因素。

如圖1所示，反射面天線系統(tǒng)整體由天線饋源和天線反射面兩大部分所組成。而反射面天線作為整體天線系統(tǒng)的重要組成部分，如果采用標(biāo)準(zhǔn)曲線如拋物面等，則存在旁瓣高、噪聲溫度高等缺點(diǎn)，不能滿足應(yīng)用要求，需要通過(guò)對(duì)反射面賦形的方法對(duì)整體性能進(jìn)行改進(jìn)。

傳統(tǒng)的拋物面賦形方法中對(duì)反射面的表示基于網(wǎng)格法如圖2所示，將反射面人為離散劃分為很多網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一個(gè)高度值表示反射面的形狀。由于網(wǎng)格法在表示反射面和求反射面的法向矢量時(shí)需要對(duì)每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行插值，這樣就帶來(lái)了賦性優(yōu)化過(guò)程中誤差大、運(yùn)算量大、速度慢等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的反射面天線賦形優(yōu)化方法及裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種反射面天線賦形優(yōu)化方法，包括：

S1，基于天線的口面場(chǎng)分布函數(shù)和饋源的方向圖函數(shù)，獲取天線賦形的初始曲線；

S2，基于所述初始曲線，獲取所述天線的輻射特性；

S3，基于所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值，對(duì)所述天線進(jìn)行賦形優(yōu)化處理。

進(jìn)一步，所述S1進(jìn)一步包括：

S1.1，根據(jù)天線的口徑和類型，選擇特定的口面場(chǎng)分布函數(shù)；

S1.2，將饋源的方向圖函數(shù)變換為所述口面場(chǎng)分布函數(shù)，得到變換后的饋源方向圖函數(shù)；

S1.3，基于所述變換后的饋源方向圖函數(shù)，獲取所述天線的反射面和/或副反射面的初始曲線。

進(jìn)一步，所述S2進(jìn)一步包括：

S2.1，對(duì)所述初始曲線進(jìn)行Zernike多項(xiàng)式擬合，得到擬合的Zernike多項(xiàng)式；

S2.2，基于所述Zernike多項(xiàng)式，通過(guò)解析法獲取所述天線的反射面和/或副反射面的法向矢量；

S2.3，基于所述法向矢量，計(jì)算所述天線的反射面和/或副反射面的表面電流強(qiáng)度；

S2.4，基于所述表面電流強(qiáng)度，根據(jù)所述變換后的饋源方向圖函數(shù)計(jì)算所述天線的輻射特性。

進(jìn)一步，所述S3進(jìn)一步包括：

S3.1，獲取所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值之間的初始偏差；

S3.2，基于所述初始偏差，改變所述Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)，獲得滿足設(shè)計(jì)要求值的天線賦形。

具體的，S1.1中天線的口徑和類型包括：

反射面口徑大于100λ的標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線或格力高利天線形式的大口徑天線；和/或

反射面口徑小于100λ的濺射板天線或環(huán)焦天線形式的小口徑天線；

其中，λ為空間波長(zhǎng)。

具體的，S1.3所述初始曲線包括：

對(duì)于環(huán)焦天線，反射面為拋物面形的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形，副反射面為橢圓形的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形；

對(duì)于卡塞格倫天線，反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在虛焦點(diǎn)的雙曲面形；和/或

對(duì)于格力高利天線，反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在實(shí)焦點(diǎn)的雙曲面形。

具體的，S2.1所述Zernike多項(xiàng)式為：

其中，x²+y²≤1，g(x,y)為天線反射面或副反射面的初始曲面在天線坐標(biāo)系中的函數(shù)表達(dá)式，為歸一化后的Zernike多項(xiàng)式，b_mn為所述Zernike多項(xiàng)式的展開(kāi)系數(shù)，m和n為所述Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)項(xiàng)數(shù)。

進(jìn)一步，所述S2.2進(jìn)一步包括：

按照λ/12至λ/8的粒度在所述天線的反射面和/或副反射面上選點(diǎn)，通過(guò)解析法計(jì)算每一點(diǎn)的法向矢量。

進(jìn)一步，所述S3.2進(jìn)一步包括：

S3.2.1，利用遺傳算法改變所述Zernike多項(xiàng)式的展開(kāi)系數(shù)b_mn，得到新Zernike多項(xiàng)式；

S3.2.2，基于所述新Zernike多項(xiàng)式和所述變換后的饋源方向圖函數(shù)，利用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算所述天線反射面方向的新輻射特性；

S3.2.3，比較所述新輻射特性與設(shè)計(jì)要求值之間的偏差，進(jìn)一步利用S3.2.1、S3.2.2和S3.2.3進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，直至所述天線賦形滿足設(shè)計(jì)要求值。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種反射面天線賦形優(yōu)化裝置，包括：

初始設(shè)計(jì)模塊，用于基于天線的口面場(chǎng)分布函數(shù)和饋源的方向圖函數(shù)，獲取天線賦形的初始曲線；

輻射特性模塊，用于基于所述初始曲線，獲取所述天線的輻射特性；

優(yōu)化處理模塊，用于基于所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值，對(duì)所述天線進(jìn)行賦形優(yōu)化處理。

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N反射面天線賦形優(yōu)化方法及裝置，將反射面外形采用Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，通過(guò)解析關(guān)系求出天線賦形反射面的形狀變化量和反射面上的法向矢量，進(jìn)行天線表面電流的求解；在此基礎(chǔ)上根據(jù)天線的輻射特性與設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行比較，并利用遺傳算法(或其它全局算法)進(jìn)行天線賦形優(yōu)化。

本申請(qǐng)所述方法具有優(yōu)化效率高、賦形后反射面表示精度高和易于測(cè)試加工的特點(diǎn)，適合于衛(wèi)星通信、無(wú)線電頻譜檢測(cè)和射電天文望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域的天線賦形設(shè)計(jì)，具有廣闊的軍用和民用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中反射面天線整體示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中反射面天線網(wǎng)格離散發(fā)賦形示意圖；

圖3為本發(fā)明一種反射面天線賦形優(yōu)化方法流程圖；

圖4為本發(fā)明反射面天線Zernike多項(xiàng)式賦形示意圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例反射面天線賦形優(yōu)化前的方向圖示意圖，其中橫軸為角度，單位為度，縱軸為增益值，單位為dBi；

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例反射面天線賦形優(yōu)化后的方向圖示意圖，其中橫軸為角度，單位為度，縱軸為增益值，單位為dBi。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

如圖3所示，一種反射面天線賦形優(yōu)化方法，包括：

S1，基于天線的口面場(chǎng)分布函數(shù)和饋源的方向圖函數(shù)，獲取天線賦形的初始曲線；

S2，基于所述初始曲線，獲取所述天線的輻射特性；

S3，基于所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值，對(duì)所述天線進(jìn)行賦形優(yōu)化處理。

在微波頻段，反射面天線易于實(shí)現(xiàn)高增益的天線；但由于標(biāo)準(zhǔn)反射面與饋源間在幅度和相位上不能良好匹配，因此導(dǎo)致整體天線副瓣高、交叉極化大等缺點(diǎn)，難以滿足目前高容量衛(wèi)星通信(或地面通信)的要求，因此必須對(duì)反射面天線進(jìn)行賦形處理。但傳統(tǒng)的反射面賦形方法基于網(wǎng)格法，將反射面用各個(gè)離散網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行擬合，一是擬合的精度不高，難以加工，二是網(wǎng)格點(diǎn)多，計(jì)算和優(yōu)化速度慢，效率低。

本發(fā)明在初始設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，獲取天線的輻射特性，根據(jù)初始設(shè)計(jì)所獲得的輻射特性與設(shè)計(jì)要求值的偏差進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得滿足設(shè)計(jì)要求值的天線賦形，具有優(yōu)化效率高、賦形后反射面表示精度高和易于測(cè)試加工的特點(diǎn)，適合于衛(wèi)星通信、無(wú)線電頻譜檢測(cè)和射電天文望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域的天線賦形設(shè)計(jì)，具有廣闊的軍用和民用前景。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S1進(jìn)一步包括：

S1.1，根據(jù)天線的口徑和類型，選擇特定的口面場(chǎng)分布函數(shù)；

S1.2，將饋源的方向圖函數(shù)變換為所述口面場(chǎng)分布函數(shù)，得到變換后的饋源方向圖函數(shù)；

S1.3，基于所述變換后的饋源方向圖函數(shù)，對(duì)天線的反射面和/或副反射面進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，得到所述天線的反射面和/或副反射面的初始曲線。

具體的，S1.1中天線的口徑和類型包括：

反射面口徑大于100λ的標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線或格力高利天線形式的大口徑天線；和/或

反射面口徑小于100λ的濺射板天線或環(huán)焦天線形式的小口徑天線；

其中，λ為空間波長(zhǎng)。

具體的，S1.3所述初始曲線包括：

對(duì)于環(huán)焦天線，反射面為拋物面形的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形，副反射面為橢圓形的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形；

對(duì)于卡塞格倫天線，反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在虛焦點(diǎn)的雙曲面形；和/或

對(duì)于格力高利天線，反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在實(shí)焦點(diǎn)的雙曲面形。

所述口面場(chǎng)分布函數(shù)包括：改進(jìn)泰勒分布函數(shù)、改進(jìn)環(huán)形分布函數(shù)和指數(shù)型分布函數(shù)。

本發(fā)明為了實(shí)線預(yù)定的天線輻射性能，諸如副瓣水平和增益等，首先需要選擇合適的口面場(chǎng)分布函數(shù)。為了兼顧良好的副瓣水平和增益，一般選擇改進(jìn)泰勒分布、改進(jìn)環(huán)形分布等分布場(chǎng)函數(shù)。為了實(shí)線上述分布場(chǎng)函數(shù)，需要通過(guò)主反射面或副反射面的曲線設(shè)計(jì)，將天線饋源方向圖變換為天線主反射面的分布場(chǎng)函數(shù)。

具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)非賦形的標(biāo)準(zhǔn)天線形式進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，得到天線反射面或副反射面的初始曲線。對(duì)于環(huán)焦天線，初始反射面為母線為拋物面的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形，副反射面為母線為橢圓的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)焦面形；對(duì)于卡塞格倫天線，初始的天線反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在虛焦點(diǎn)的雙曲面形；對(duì)于格力高利天線，初始的天線反射面為標(biāo)準(zhǔn)拋物面形，副反射面為所述副反射面焦點(diǎn)在實(shí)焦點(diǎn)的雙曲面形。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S2進(jìn)一步包括：

S2.1，對(duì)所述初始曲線進(jìn)行Zernike多項(xiàng)式擬合，得到擬合的Zernike多項(xiàng)式；

S2.2，基于所述Zernike多項(xiàng)式，通過(guò)解析法獲取所述天線的反射面和/或副反射面的法向矢量；

S2.3，基于所述法向矢量，計(jì)算所述天線的反射面和/或副反射面的表面電流強(qiáng)度；

S2.4，基于所述表面電流強(qiáng)度，根據(jù)所述變換后的饋源方向圖函數(shù)計(jì)算所述天線的輻射特性。

首先介紹Zenike多項(xiàng)式。

Zenike多項(xiàng)式亦稱為修正Jacobi多項(xiàng)式，可表示為：

其中，是n，m項(xiàng)的Zenike多項(xiàng)式，n和m為正整數(shù)，r為圓域徑向半徑且r≦1。

Zenike多項(xiàng)式在r＝1的圓域內(nèi)是收斂的，其正交性為：

其中，

由于Zernike多項(xiàng)式圓域上的正交性具有反變換和描述的圖像具有最少的信息冗余度的特點(diǎn)；并且各階模式與光學(xué)設(shè)計(jì)中的Seidel像差(如離焦、像散和慧差等)系數(shù)相對(duì)應(yīng)，為有選擇的處理各種像差和優(yōu)化系統(tǒng)提供了有效途徑，因此在圓瞳孔徑上常作為正交基進(jìn)行波前重構(gòu)。在微波天線領(lǐng)域，由于與光學(xué)具有類似的散焦、匯聚等效應(yīng)，因此也能夠適用Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)方式。

設(shè)拋物面天線在坐標(biāo)系中的表達(dá)式為z＝f(x,y)；由于Zernike多項(xiàng)式的收斂域?yàn)閞＝1，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋物面，可以通過(guò)以下方式進(jìn)行歸一化變換：

其中，R_a為天線的口面半徑。

因此可以將反射面天線采用無(wú)量綱的函數(shù)表示為如下：

將g(x,y)展開(kāi)為Zernike多項(xiàng)式的復(fù)數(shù)形式，則本發(fā)明S2.1所述Zernike多項(xiàng)式表示為如下：

其中，x²+y²≤1，g(x,y)為天線反射面或副反射面的初始曲面在天線坐標(biāo)系中的函數(shù)表達(dá)式，為歸一化后的Zernike多項(xiàng)式，b_mn為所述Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)，m和n為所述Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)項(xiàng)數(shù)。一般根據(jù)展開(kāi)精度進(jìn)行選擇，項(xiàng)數(shù)越多，擬合的精度越高。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋物面天線，上述離散項(xiàng)數(shù)一般采用10項(xiàng)即可達(dá)到良好的精度。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S2.2進(jìn)一步包括：

按照λ/12至λ/8的粒度在所述天線的反射面和/或副反射面上選點(diǎn)，通過(guò)解析法計(jì)算每一點(diǎn)的法向矢量。

由于天線的方向圖的計(jì)算必須得到天線面的表面電流，而表面電流的計(jì)算必須得到天線面的法線矢量。用Zernike多項(xiàng)式來(lái)解析表示賦形反射面，由于多項(xiàng)式自身是連續(xù)函數(shù)，因此可以直接通過(guò)解析關(guān)系求出賦形反射面的形狀變化量和反射面上的法向矢量，用于天線表面電流的求解，計(jì)算效率高。

天線的反射面和/或副反射面上的選點(diǎn)粒度為λ/12至λ/8，有效了保障了天線的反射面和/或副反射面上法向矢量的準(zhǔn)確性。

根據(jù)S2.2中計(jì)算出的天線反射面和/或副反射面上的法向矢量，計(jì)算天線表面電流，根據(jù)天線表面電流進(jìn)而計(jì)算天線的方向圖，從而進(jìn)一步計(jì)算天線的輻射特性。

S2.2中所述法向矢量可表示為:

其中，

分別表示Zernike多項(xiàng)式在天線坐標(biāo)系中的對(duì)x軸和y軸的偏導(dǎo)數(shù)，為歸一化后的Zernike多項(xiàng)式，m和k為所述Zernike多項(xiàng)式的展開(kāi)項(xiàng)數(shù)，x，y分別為天線反射面或副反射面在天線坐標(biāo)系中的x軸上的坐標(biāo)值，y軸上的坐標(biāo)值。

S2.3中所述表面電流強(qiáng)度可由下式計(jì)算：

其中，為反射面的單位法向矢量，為饋源方向圖在天線面上的入射磁場(chǎng)分量，為天線球坐標(biāo)系的在r坐標(biāo)軸的空間矢量。

S2.4中所述天線的輻射特性可由下式計(jì)算：

其中，

u＝sinθcosφ,v＝sinθsinφ

θ為天線面在球坐標(biāo)系中θ坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)值，φ為天線面在球坐標(biāo)系中φ坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)值，r為天線面在球坐標(biāo)系中r坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)值，η為自由空間的波阻抗377歐，為單位并矢矢量，為在球坐標(biāo)系中的沿r軸方向的單位并矢，k為自由空間的波常數(shù)，j為單位復(fù)數(shù)符號(hào)，為計(jì)算得到表面電流強(qiáng)度，為天線球坐標(biāo)系的在r坐標(biāo)軸的空間矢量，f為拋物面天線在坐標(biāo)系中的表達(dá)式，dx'，dy'分別為在天線坐標(biāo)系中對(duì)x軸和y軸的微分，z'為在天線坐標(biāo)系中在z軸上的坐標(biāo)值。

根據(jù)優(yōu)化速度和精度要求，一般可選擇基于GO(幾何光學(xué)法)、PO(物理光學(xué)法)等數(shù)值方法的商用軟件如GRASP、CST、HFSS軟件對(duì)整體天線特性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為根據(jù)所述Zernike多項(xiàng)式擬合表達(dá)式在所述商用軟件中進(jìn)行天線的幾何參數(shù)建模，然后選擇相應(yīng)頻率、方向等信息，對(duì)天線的輻射特性進(jìn)行計(jì)算。

其中，幾何光學(xué)法速度最快，但精度最差，一般只用于口徑面大于100λ的大型反射面；物理光學(xué)法的速度相對(duì)較慢，但精度較高，一般用于口徑面小于100λ的小型反射面。

其中，所述相應(yīng)頻率為天線的工作頻率；所述方向?yàn)樘炀€的輻射角度，一般計(jì)算±180°的輻射特性，在具體實(shí)施時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要有針對(duì)性的選擇其中一段角度來(lái)計(jì)算輻射特性，比如±90°。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S3進(jìn)一步包括：

S3.1，獲取所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值之間的初始偏差；

S3.2，基于所述初始偏差，改變所述Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)，獲得滿足設(shè)計(jì)要求值的天線賦形。

天線賦形的輻射特性有一個(gè)設(shè)計(jì)要求值；一般而言，經(jīng)過(guò)初始設(shè)計(jì)獲得的拋物面形天線賦形所得到的輻射特性與設(shè)計(jì)要求值有一定的偏差，通過(guò)對(duì)擬合的Zernike多項(xiàng)式的b_mn系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得所述天線的輻射特性趨近與所述設(shè)計(jì)要求值，偏差越來(lái)越小，并最終與所述設(shè)計(jì)要求值相同，就達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

本實(shí)施例中所述系數(shù)為擬合的Zernike多項(xiàng)式的b_mn系數(shù)。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S3.2進(jìn)一步包括：

S3.2.1，利用遺傳算法改變所述Zernike多項(xiàng)式的b_mn系數(shù)，得到新Zernike多項(xiàng)式；

S3.2.2，基于所述新Zernike多項(xiàng)式和所述變換后的饋源方向圖函數(shù)，利用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算所述天線反射面方向的新輻射特性；

S3.2.3，比較所述新輻射特性與設(shè)計(jì)要求值之間的偏差，進(jìn)一步利用S3.2.1、S3.2.2和S3.2.3進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，直至所述天線賦形滿足設(shè)計(jì)要求值。

S3.2.1中除了利用遺傳算法外，也可以利用其它的全局算法來(lái)改變所述Zernike多項(xiàng)式的b_mn系數(shù)，得到新Zernike多項(xiàng)式。

本實(shí)施例通過(guò)S3.2.1、S3.2.2和S3.2.3的不斷的迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射面天線賦形的優(yōu)化，得到滿足設(shè)計(jì)要求值的反射面天線賦形，圖4為本發(fā)明反射面天線Zernike多項(xiàng)式賦形示意圖。

S3.2.2中與S2中計(jì)算輻射特性的方法一致，所不同的只是每次根據(jù)調(diào)整了展開(kāi)系數(shù)b_mn后的Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行輻射特性的計(jì)算，即輻射特性的計(jì)算和展開(kāi)系數(shù)b_mn優(yōu)化一直交替進(jìn)行，直到最后滿足設(shè)計(jì)要求。

下面以本發(fā)明第一實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明具體實(shí)施方式及其取得的優(yōu)化效果。

所述第一實(shí)施例，以一個(gè)口徑為1米的Ku波段的賦形卡塞格倫天線的賦形設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行具體說(shuō)明：天線工作頻率為14GHz，要求增益大于41.5dBi，副瓣小于-18dB。

首先，根據(jù)天線增益、副瓣電平、口面場(chǎng)函數(shù)進(jìn)行非賦形天線的初步設(shè)計(jì)，得到初始曲線。

其中，天線口面場(chǎng)分布函數(shù)可以根據(jù)總體要求如天線增益、副瓣電平等綜合確定，本實(shí)施例選擇改進(jìn)環(huán)形分布函數(shù)。

所述改進(jìn)環(huán)形分布表達(dá)式如下：

式中，A₁＝A₂＝0.82，p1＝4，p2＝8，r為天線的口徑，r_b為饋源的外徑。本實(shí)施例口面利用效率約為90％。

優(yōu)化前的主反射面的方向圖計(jì)算結(jié)果如圖5所示，副瓣為-16dB，不能滿足要求。

其次，根據(jù)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果即所述初始曲線，用Zernike多項(xiàng)式擬合所述初始曲線。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于天線為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，一般情況，對(duì)于Ku波段的中小口徑天線，可以選用8項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行展開(kāi)即可得到良好效果。

Zernike多項(xiàng)式的表達(dá)式具體為：

f₀＝1，

f₁＝r，

f₂＝2r²-1，

f₃＝r²，

f₄＝r(-2+3r²)，

f₅＝1-6r²+6r⁴，

f₆＝r³，

f₇＝r²(-3+4r²)，

f₈＝r⁴。

其中r為天線口徑，0<r<＝1；天線主反射面為焦徑比為0.25的標(biāo)準(zhǔn)拋物面，初始展開(kāi)函數(shù)如下：

z＝-250-250*f₃

本實(shí)施例中天線主反射面的表示變量為8個(gè)。而用傳統(tǒng)的網(wǎng)格展開(kāi)法，由于天線面較大，為保證精度，離散網(wǎng)格至少需要λ/6(λ為空間波長(zhǎng))進(jìn)行離散。在14.0GHz頻率下，波長(zhǎng)為21.4毫米，1米主反射面的離散點(diǎn)數(shù)為140點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的主反射面的優(yōu)化變量為140個(gè)。通過(guò)比較可以看出，Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)，大大減小了表示反射面的變量數(shù)。

最后，根據(jù)所述Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)的情況，采用天線計(jì)算和優(yōu)化程序進(jìn)行優(yōu)化。

利用Zernike多項(xiàng)式的表達(dá)式和饋源的方向圖函數(shù)，采用前述的數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算反射面各點(diǎn)的法向矢量，計(jì)算得到天線面的表面電流，從而得到整體天線反射面方向圖。通過(guò)比較計(jì)算得到的方向圖和需要的方向圖要求，并通過(guò)遺傳算法對(duì)反射面的展開(kāi)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。總體優(yōu)化500步即可得到較好效果，滿足總體設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化后的主反射面的函數(shù)曲線如下式所示。

z＝-248.335-9.897*f₁+15.384*f₂+234.616*f₃-1.164*f₄+

13.909*f₅+0.783*f₆-8.392*f₇+6.351*f₈。

優(yōu)化后的主反射面的方向圖如圖6所示，優(yōu)化后副瓣小于-19dB，滿足優(yōu)化要求。

相同天線面用傳統(tǒng)的網(wǎng)格離散法進(jìn)行展開(kāi)并優(yōu)化，需要優(yōu)化50000步，優(yōu)化尚未得到收斂。由此可見(jiàn)，本發(fā)明所采用的優(yōu)化方法較傳統(tǒng)方法的效率大為提高，且優(yōu)化后的天線賦形具有高增益和低旁瓣。

本發(fā)明還提供一種反射面天線賦形優(yōu)化裝置，包括：

初始設(shè)計(jì)模塊，用于基于天線的口面場(chǎng)分布函數(shù)和饋源的方向圖函數(shù)，獲取天線賦形的初始曲線；

輻射特性模塊，用于基于所述初始曲線，獲取所述天線的輻射特性；

優(yōu)化處理模塊，用于基于所述輻射特性與設(shè)計(jì)要求值，對(duì)所述天線進(jìn)行賦形優(yōu)化處理。

本發(fā)明提出一種反射面天線賦形優(yōu)化方法及裝置，將反射面外形采用Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，通過(guò)解析關(guān)系求出天線賦形反射面的形狀變化量和反射面上的法向矢量，進(jìn)行天線表面電流的求解；在此基礎(chǔ)上根據(jù)天線的輻射特性與設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行比較，并利用遺傳算法進(jìn)行天線賦形優(yōu)化，具有優(yōu)化效率高、賦形后反射面表示精度高和易于測(cè)試加工的特點(diǎn)，適合于衛(wèi)星通信、無(wú)線電頻譜檢測(cè)和射電天文望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域的天線賦形設(shè)計(jì)，具有廣闊的軍用和民用前景。

最后，本申請(qǐng)的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。