专利名称：基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法
技术领域：
本发明属于雷达天线技术领域，具体是一种基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，可用于对带有介质夹层式天线罩的反射面天线系统的电性能进行补偿。
背景技术：
天线罩是保护天线免受自然环境影响的透波壳，是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁明窗。设计优良的天线罩，除了具有保护性、传导性、可靠性、隐蔽性和装饰性等功能外，还可以延长整个系统各部分的使用寿命、降低寿命成本和操作成本、简化设计、降低维修成本、保证天线表面和位置的精确度、给天线操作人员创造良好的工作环境。但是天线罩也会对理想天线的电磁辐射产生影响，使理想的天线电性能有所降低。天线罩设计是结构设计与电性能设计结合的复杂设计。随着我国航空、气象及军事技术的进步和军事形势的发展，进行远程精密跟踪测量雷达等高精度雷达和高增益天线的研究与制造已成为紧迫的任务。而特殊地理位置的自然环境对设备的影响较大，配备天线罩成为这些雷达、天线必不可少的要求，介质夹层式天线罩以其良好的结构性能和电性能而得到广泛的应用。杜耀惟在1993年出版的经典著作《天线罩电信设计方法》一书中分析了介质夹层式天线罩对天线远场的影响，该方法首先求出天线罩的透射系数，然后根据天线的口径场和天线罩的透射系数得到加罩后的口径场，积分求出加罩后天线的远场。该方法的不足是:没有考虑通过轴向偏焦来改善带罩天线系统的电性能。李高升在2004年的论文《抛物面天线馈源轴向偏焦的理论及应用研究》中使用几何光学理论分析了轴向偏焦对抛物面天线电性能的影响，该方法首先求出了轴向偏焦影响下的天线口径场，然后根 据口径场积分求出天线远场，然而该方法并未将其应用到对加罩后天线电性能的补偿中。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，以改善带罩天线系统的电性能。为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤:(I)根据已知的天线口径场/「(P,炉)，计算天线的远场F(0，Φ)，绘制远场方向图T1,并从远场方向图中提取电性能指标，即最大场强G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ；(2)用传输线理论计算天线罩上各点处的透射系数，并计算透过天线罩后的口
径场:Ι':\ρ,φ) = /;(ρ, φ). \,；(3)根据天线罩的透射系数以及天线的结构形式，计算天线轴向偏焦的初始调整量df:
对于单反射面天线，其初始调整量为:= , Δ///Λ,、，其中Λ ητ是透射系数的相位最大值与最小值之差，ξ.是
zr(1-cos<jmaxj
抛物面口径张角；若计算出的df大于Ο. λ，则令df等于Ο. λ，λ是天线的波长j = ,，其中f为天线工作频率，c为光速；对于双射面天线，其初始调整量的计算按以下两种方式进行:若调整馈源，按公式4 = ,,、进行计算，其中ξ / _是馈源对副反射面
2^U-c0sSmax J
的张角；若计算出的df大于0.1 λ，则令df等于0.1入。若调整副反射面，按公式4 = m —)进行计算，其中ζ " _是焦
点对副反射面的张角；若计算出的df大于0.1 λ，则令df等于0.1 λ ;(4)计算天线的轴向偏焦七造成的口径场的相位差Λ Ψ，得到轴向偏焦时透过天线罩后的口径场:p., (P)=厂'(P, φ).Δψ ；(5)根据透过天线罩后的口径场F(AP)，计算未轴向偏焦时带罩天线的远场F' (θ，Φ)，绘制远场方向图！^，并从该远场方向图中提取最大场强匕、左一副瓣L2、和右一副辦R2这些电性能指标；`(6)根据轴向偏焦时透过天线罩的后口径场Γ'(ρ,炉)，计算轴向偏焦时带罩天线的远场F" (θ，Φ)，绘制远场方向图！^，并从该远场方向图中提取最大场强匕、左一副瓣L3和右一副辦R3这些电性能指标；(7)对比步骤(I)、(5)、(6)中得到的远场方向图！\、T2, T3和相应的电性能指标，计算加罩后对天线电性能指标的改变量，以及计算轴向偏焦后对带罩天线系统的电性能指标的改变量；(8)根据天线设计的电性能要求，判断加罩并且轴向偏焦后系统的电性能指标改变量是否满足预设要求，如果满足，则输出步骤(I)、(5)、(6)中得到的远场方向图1\、T2、T3和相应的电性能指标；否则，对轴向偏焦量4进行微调，并重复步骤(4)到步骤(8)，直至结果满足要求。本发明由于采用馈源的轴向偏焦来补偿加罩后天线口径场的相位畸变，因而与现有技术相比，改善了带罩天线系统的电性能。
图1是本发明的实现总流程图；图2是本发明中计算透过天线罩后的口径场的子流程图；图3是单反射面天线的变量示意图；图4是双反射面天线的变量示意图；图5是介质夹层式天线罩的结构图；图6是图5中的C夹层天线罩的截面结构示意图；图7是无罩天线、轴向偏焦前后加罩天线的远场方向图。
具体实施例方式以下参照附图对本发明作进一步详细描述。参照图1，本发明的具体步骤如下: 步骤一，根据天线的已知口径场计算天线远场。(Ia)根据已知的天线口径场分布计算天线的远场F(0，φ):
权利要求
1.一种基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据已知的天线口径场/':(/)#)，计算天线的远场F(e，Φ)，绘制远场方向图T1，并从远场方向图中提取电性能指标，即最大场强G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ； (2)用传输线理论计算天线罩上各点处的透射系数&,并计算透过天线罩后的口径场:
2.根据权利要求1所述的基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，其特征在于步骤(4)所述的计算天线的轴向偏焦七造成的口径场的相位差△ Ψ，根据天线类型计分别按如下公式计算: 对于单反射面天线，其轴向偏焦七造成的口径场的相位差ΔΨ=2π/λdfcosξ，其中I是焦点到抛物面上一点的连线与抛物面轴线的夹角； 对于双射面天线，计算轴向偏焦七造成的口径场的相位差Δ ψ有两种公式:若调整馈源，按公式ΔΨ=2π/λdfcosξ'进行计算，其中ξ'是馈源到副反射面上一点的 连线与副反射面轴线的夹角；若调整副反射面，按公式ΔΨ=2π/λdf(cosξ'+cosξ'')进行计算，其中ξ"是焦点到副反射 面上一点的连线与副反射面轴线的夹角。
3.根据权利要求1所述的基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，其特征在于所述步骤(7)中计算加罩后对天线电性能指标的改变量，包括: 加罩后最大场强减小值: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分别为从远场方向图T1中提取的最大场强、左一副瓣和右一副瓣，G2、L2、R2分别为从远场方向图T2中提取的最大场强、左一副瓣和右一副瓣。
4.根据权利要求1所述的基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，其特征在于所述步骤(7)中计算轴向偏焦后对带罩天线系统的电性能指标的改变量，包括: 轴向偏焦后最大场强减小值:AG2=G2-G3, 轴向偏焦后左一副瓣升高值:AL2=L3-L2, 轴向偏焦后右一副瓣升高值:AR2=R3-R2, 其中G2、L2、R2分别为从远场方向图T2中提取的最大场强、左一副瓣和右一副瓣，G3、L3、R3分别为从远场方向图T3中提取的最大场强、左一副瓣和右一副瓣。
全文摘要
本发明公开了一种基于轴向偏焦的大型天线罩电性能补偿方法，主要解决天线罩对天线电性能影响过大的问题。其技术方案是根据口径场计算天线远场，绘制远场方向图并提取电性能指标；计算透过天线罩后的口径场；计算轴向偏焦的初始调整量；计算轴向偏焦时透过天线罩后的口径场；计算轴向偏焦前后带罩天线的远场，绘制远场方向图并提取电性能指标；对比无罩天线、轴向偏焦前后带罩天线的远场方向图和电性能指标，如满足天线的电性能要求，则输出无罩天线、轴向偏焦前后带罩天线的远场方向图和电性能指标及轴向偏焦量；否则，微调轴向偏焦量，并重复上述过程，直至电性能满足要求。本发明能有效改善带罩天线系统的电性能，可用于天线罩的分析与设计。
文档编号H01Q1/42GK103094685SQ201310030150
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者李鹏, 许万业, 仇原鹰, 段宝岩, 王从思, 宋立伟, 周金柱, 邓坤, 刘超 申请人:西安电子科技大学