一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，突破了一般方法中將照射角、照射電平作為反射面于饋源接口進行設計的思路，將饋源代入具體的反射面天線系統(tǒng)中進行設計，以反射面天線的增益或G/T值作為評價標準。從而在根本上解決以往饋源設計中多個性能指標間的平衡問題，實現(xiàn)天線性能在寬頻帶內達到最優(yōu)的目的，適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計。
【背景技術】
[0002]反射面天線是最主要的高增益天線，在衛(wèi)星通信、導航、深空探測、射電天文等領域得到了廣泛的應用。反射面天線設計可分為反射面設計和饋源設計兩部分。目前，反射面設計與饋源設計一般以照射角和照射電平作為接口，兩部分設計相對獨立，該方法大大減少了天線設計的工作量。
[0003]由于饋源具有照射電平、波束等化、相位中心變化等多項技術指標，這些指標會綜合影響天線的整體性能，因此在設計中難以取舍。而反射面一般是以高斯照明為基礎進行設計的，這樣設計出的天線性能難以保證是最優(yōu)的。尤其是在寬帶饋源設計中，描述饋源性能的各項技術指標隨頻率變化較大，難以實現(xiàn)在寬頻帶內反射面天線性能最優(yōu)的目標。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于避免【背景技術】中的不足之處而提供一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法。
[0005]本發(fā)明所采取的技術方案為:
[0006]—種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007](1)選取寬帶饋源的設計參數(shù)作為優(yōu)化變量，并給定這些設計參數(shù)的初始值；
[0008](2)按照選取的初始設計參數(shù)，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數(shù)；寬帶饋源的性能參數(shù)包括輻射方向圖和電壓駐波比；
[0009](3)將步驟⑵中得到的寬帶饋源的性能參數(shù)代入具體的反射面天線中進行仿真計算，得到反射面天線的輻射方向圖，根據(jù)反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數(shù)，反射面天線的性能參數(shù)包括增益、第一旁瓣電平和G/T值；
[0010](4)以反射面天線的性能參數(shù)作為評價函數(shù)，采用優(yōu)化算法，對寬帶饋源的部分或全部初始設計參數(shù)進行優(yōu)化，得到使反射面天線性能達到最優(yōu)的優(yōu)化后的寬帶饋源設計參數(shù)并將其作為寬帶饋源的最終設計參數(shù)；
[0011]完成寬帶饋源的優(yōu)化設計。
[0012]其中，對于波紋喇叭，寬帶饋源的設計參數(shù)包括波紋槽形式、數(shù)量、槽深、槽寬，喇叭內壁曲線，輸入、輸出口尺寸；對于四脊喇叭，寬帶饋源的設計參數(shù)包括喇叭口直徑、喇叭內壁曲線、脊曲線、脊寬度、反射腔形式和尺寸。
[0013]其中，步驟(3)中的仿真計算的方法除采用實際應用的反射面天線外，還可采用等效拋物面方法、等效口面場方法、焦面場匹配方法或主面遮擋方法。
[0014]其中，步驟(4)中的優(yōu)化算法包括全局和局部優(yōu)化算法。
[0015]本發(fā)明與【背景技術】相比具有如下優(yōu)點:
[0016]1.本發(fā)明打破了反射面系統(tǒng)與饋源的“原有壁皇”，將二者視為一個整體，把實際饋源放在反射面設計中，以天線的性能最優(yōu)作為設計準則，并以此為依據(jù)進行兩者的最優(yōu)化設計，從而在根本上解決以往寬帶饋源設計時多個性能指標間的平衡問題
[0017]2.適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的設計思路流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的寬帶饋源優(yōu)化設計流程圖
【具體實施方式】
:
[0020]參照圖1，圖2 —種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于包括如下步驟:
[0021](1)選取寬帶饋源的設計參數(shù)作為優(yōu)化變量，并給定這些設計參數(shù)的初始值；
[0022]選擇波紋喇叭作為優(yōu)化設計對象，步驟(1)中寬帶饋源的設計參數(shù)包括波紋槽形式、數(shù)量、槽深、槽寬，喇叭內壁曲線，輸入、輸出口尺寸。選取槽深和槽寬作為優(yōu)化設計對象，其余設計參數(shù)取定值。作為優(yōu)化設計對象的每個設計參數(shù)選擇各N個數(shù)值，作為設計參數(shù)的初始值，形成N組初始設計參數(shù)形成初始設計參數(shù)種群；其中，每組設計參數(shù)中的某個初始設計參數(shù)值可與另一組中對應的初始設計參數(shù)值相同或不同。N為大于1的自然數(shù)。
[0023](2)按照選取的設計參數(shù)，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數(shù)；寬帶饋源的性能參數(shù)包括輻射方向圖和電壓駐波比；
[0024]利用仿真軟件，對N組設計參數(shù)對應的波紋喇叭進行性能仿真，得到N組設計參數(shù)對應的波紋喇叭在不同頻率的輻射方向圖和電壓駐波比。
[0025](3)將步驟⑵中得到的寬帶饋源的性能參數(shù)代入具體的反射面天線中進行仿真計算，得到反射面天線的輻射方向圖，根據(jù)反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數(shù)，反射面天線的性能參數(shù)包括增益、第一旁瓣電平和G/T值；
[0026]采用步驟(2)中得到的N組設計參數(shù)對應的波紋喇叭照射實際應用中的反射面天線，利用幾何光學法和幾何繞射理論、物理光學法和物理繞射，或者全波分析方法，得到分別在N個波紋喇叭照射下反射面天線的方向圖，用以計算增益、第一旁瓣電平和G/T值等反射面天線的性能參數(shù)。
[0027](4)以反射面天線的性能參數(shù)作為評價函數(shù)，分析是否有滿足設計要求的波紋喇口八。如果有，則輸出該波紋喇叭對應的設計參數(shù)，否則采用優(yōu)化算法，對寬帶饋源的部分或全部設計參數(shù)進行優(yōu)化，直至有一組設計參數(shù)使反射面天線性能滿足設計要求，并將該組參數(shù)并將其作為寬帶饋源的最終設計參數(shù)輸出。
[0028]以遺傳算法為例，若初始設計參數(shù)種群中不存在一組參數(shù)，使該組參數(shù)對應的波紋喇叭滿足設計要求，則對初始設計參數(shù)種群進行選擇、交叉和變異操作，形成新一代的設計參數(shù)種群。然后返回步驟(2)，依次執(zhí)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，直至某組設計參數(shù)滿足設計要求，并將該組參數(shù)并將其作為寬帶饋源的最終設計參數(shù)。
[0029] 完成寬帶饋源的優(yōu)化設計。
【主權項】
1.一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于包括如下步驟: (1)選取寬帶饋源的幾何參數(shù)作為優(yōu)化變量，并給定這些幾何參數(shù)的初始值； (2)按照選取的初始設計幾何參數(shù)，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數(shù)；寬帶饋源的性能參數(shù)包括輻射方向圖和電壓駐波比； (3)將步驟(2)中得到的寬帶饋源的性能參數(shù)代入具體的反射面天線中進行仿真計算，得到反射面天線的輻射方向圖，根據(jù)反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數(shù)，反射面天線的性能參數(shù)包括增益、第一旁瓣電平和G/T值； (4)以反射面天線的性能參數(shù)作為評價函數(shù)，采用優(yōu)化算法，對寬帶饋源的部分或全部初始設計幾何參數(shù)進行優(yōu)化，得到使反射面天線性能達到最優(yōu)的優(yōu)化后的寬帶饋源幾何參數(shù)并將其作為寬帶饋源的最終設計幾何參數(shù)； 完成寬帶饋源的優(yōu)化設計。2.根據(jù)權利要求1所述一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于:對于波紋喇叭天線，寬帶饋源的初始設計幾何參數(shù)包括波紋槽形式、數(shù)量、槽深、槽寬，喇叭內壁曲線，輸入、輸出口尺寸；對于四脊喇叭天線，寬帶饋源的初始設計幾何參數(shù)包括喇叭口直徑、喇叭內壁曲線、脊曲線、脊寬度、反射腔形式和尺寸。3.根據(jù)權利要求1所述一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于:步驟(3)中的仿真計算的方法除采用實際應用的反射面天線外，還可采用等效拋物面方法、等效口面場方法、焦面場匹配方法或主面遮擋方法。4.根據(jù)權利要求1所述一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于:步驟(4)中的優(yōu)化算法包括全局和局部優(yōu)化算法。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述寬帶饋源的優(yōu)化設計方法，突破了一般方法中將照射角、照射電平作為反射面與饋源接口進行設計的思路，將饋源代入具體的反射面天線系統(tǒng)中進行設計，以反射面天線的增益或G/T值作為評價標準。從而在根本上解決以往饋源設計中多個性能指標間的平衡問題，實現(xiàn)天線性能在寬頻帶內達到最優(yōu)的目的，適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計。
【IPC分類】H01Q19/10, H01Q15/14
【公開號】CN105356068
【申請?zhí)枴緾N201510657113
【發(fā)明人】伍洋, 解磊, 杜彪, 銀秋華
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月12日