节点信息； (3) 根据天线变形抛物面的节点信息，基于最小二乘原理，计算天线最佳吻合抛物面； (4) 根据天线最佳吻合抛物面，计算天线变形抛物面的均方根误差，根据大型抛物面天 线的性能要求，判断天线增益是否满足要求，若不满足，进行步骤（5)，若满足，进行步骤 (8)； (5) 根据天线指向，反转天线最佳吻合抛物面，确定最优工作性能下的目标曲面； (6) 确定天线变形抛物面与目标曲面的对应节点，计算促动器调整量； (7) 根据促动器调整量，对应调整天线面板至新的位置，更新天线结构有限元模型，转 至步骤(2); (8) 利用抛物面天线机电禪合模型，计算变形抛物面天线电性能，根据大型抛物面天线 的性能要求，判断天线指向是否满足要求，若不满足，进行步骤(5)，若满足，则输出促动器 调整量，从而得到最优的面板吻合旋转调整量。2. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(1)中，所述大型抛物面天线的结构参数包括反射面口径和焦距;所 述大型抛物面天线的材料属性包括天线背架材料和反射面面板材料的密度、弹性模量。3. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行： (3a)基于天线结构有限元模型，提取理想设计面上N个采样节点的理论坐标P(xi，yi， zi)，根据天线变形抛物面的节点信息，提取天线变形抛物面上的N个采样节点Pi(xo，yo，zo)， 假设P〇(x〇'，y〇'，z〇'）是天线最佳吻合抛物面上的N个采样节点之一，利用变形抛物面对最 佳吻合抛物面的坐标误差Ar = r(Pi)-r(P〇)，根据最小二乘原理，构造方程组A · β = Η，其中A为系数，β为天线最佳吻合抛物面的参数，N为采样点个数，f为理想设计面的焦 距； (3b)求解上述方程组，得到天线最佳吻合抛物面的参数β，即Δχ、Ay、Δ Z、Φχ、Φγ和Δ f，其中Δ X、Δ y、Δ ζ为天线最佳吻合抛物面顶点在坐标系中相对于理想设计面顶点的位 移，Φχ、Φγ分别为天线最佳吻合抛物面的焦轴绕坐标轴x、y的转角，逆时针为正，为微小量， A f为焦距变化量； (3c)将天线最佳吻合抛物面的参数代入反射面公式中，得到天线最佳吻合抛物面的方 程为：4. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(4)按如下过程进行： (4a)根据变形后节点对天线最佳吻合抛物面的法线方向余弦等于理想设计面上相应 节点的法线方向余弦，由理想设计面上采样节点的理论坐标P (xi，yi，zi)的法线方向余弦， 得到变形抛物面上的采样节点Pi (別，yo，Z0)的法线方向余弦（1 i，mi，m):得到经过采样节点Pi (χο，yo，zo)的法线方程：(4b)求解法线方程，得到过天线变形抛物面上节点的法线方向直线与最佳吻合抛物面 交点的Z坐标，W及天线变形抛物面上采样节点Pi(X0，yo，Z0)对应天线最佳吻合抛物面的法 线方向的交点Po(xo'，yo'，zo'）坐标，即天线最佳吻合抛物面上采样节点，并利用如下公式， 计算天线变形抛物面上节点Pi相对于天线最佳吻合抛物面上节点Po的法向偏差：(4c)依据各节点的法向偏差，计算整个天线变形抛物面的法向均方根误差为：5. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(5)按如下过程进行： (5a)根据天线指向，利用天线最佳吻合抛物面参数β中的两个转角Φχ和Φγ，反向微转 动天线吻合抛物面，此时抛物面重力分布基本不变，从而可W使得旋转后的天线抛物面，即 目标曲面的增益和指向最优； 巧b)得到的目标曲面，其方程如下：6. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(6)按如下过程进行： (6a)由理想设计面上促动器支撑面板的节点F(掉，托，耸;);的法线方向余弦，得到天线 变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(?，乂一,）的法向方向余弦(Ui，Vi，Wi):(6b)提取促动器支撑面板节点，由理想设计面上促动器支撑面板的节点砖，把，聋;)的 法线方向余弦，得到经过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(而，的法线方 程：(6c)求解上述法线方程，得到过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点的法线方向 直线与目标曲面交点的Z坐标，W及天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(而，扣，為） 对应目标曲面的法线方向的交点巧(V，.V，Z,')坐标； (6d)确定调整系数'即当目标曲面的法线方向的交点巧(V，.v,/，V)位于沿天线变 形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(％，3^，&)法线方向指向反射面内侧时，则<^巧取1， 当节点巧位于沿巧法线方向指向反射面外侧时，则取-1; (6e)计算变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点巧的法向偏差：(6f)根据确定的调整系数和变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点巧的法 向偏差，计算促动器调整量Δ;;7. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(7)中，面板沿促动器轴向调整至新的位置，重新组成抛物面，此时 天线背架结构不变，改变天线面板位置参数，更新天线结构有限元模型。8. 根据权利要求1所述的一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整 方法，其特征在于，步骤(8)中，利用天线机电禪合模型，计算变形抛物面天线的远区电场方 向图，从方向图中可得到天线的增益、波束指向电性能参数，机电禪合模型如下：式中，（θ，Φ )为远区观察方向，?·〇(ξ，Φ '）为馈源方向图，为反射面表面变形 对口径场相位的影响项，δ(β)为天线结构位移，β为天线结构设计变量，包括结构尺寸、形 状、拓扑和类型参数，ro为馈源到反射面一点的距离，k为波常数，A表示天线口径面，Ρ'、Φ' 为Χ0Υ平面内的极坐标。
【专利摘要】本发明公开了一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法，包括确定抛物面天线结构方案及促动器初始位置，建立有限元模型、促动器支撑面板节点；计算天线结构自重变形，提取变形抛物面节点；计算天线最佳吻合抛物面；计算变形抛物面的均方根误差，判断天线增益是否满足要求；反转吻合抛物面，确定最优工作性能下目标曲面；确定变形抛物面与目标曲面的对应节点，计算促动器调整量；调整面板位置，更新天线结构有限元模型，利用机电耦合模型计算变形天线电性能，判断天线指向是否满足要求，输出促动器调整量，得到优面板吻合旋转调整量。本发明具有促动器总行程短、明显改善天线反射面精度、提高天线增益和保证天线工作指向的优点。
【IPC分类】H01Q15/14, H01Q15/16, H01Q19/10
【公开号】CN105576385
【申请号】CN201610073369
【发明人】王从思, 肖岚, 杜敬利, 王伟, 保宏, 王艳, 连培园, 段宝岩, 黄进, 王娜, 唐宝富, 王猛
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月2日