一種寬帶饋源的優化設計方法技術

本發明專利技術涉及一種寬帶饋源的優化設計方法，其特征在于：所述寬帶饋源的優化設計方法，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，實現天線性能在寬頻帶內達到最優的目的，適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開了，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，實現天線性能在寬頻帶內達到最優的目的，適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計。
技術介紹
反射面天線是最主要的高增益天線，在衛星通信、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。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，難以實現在寬頻帶內反射面天線性能最優的目標。
技術實現思路
本專利技術的目的在于避免
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中的不足之處而提供。本專利技術所采取的技術方案為:—種寬帶饋源的優化設計方法，其特征在于包括如下步驟:(1)選取寬帶饋源的設計參數作為優化變量，并給定這些設計參數的初始值；(2)按照選取的初始設計參數，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數；寬帶饋源的性能參數包括輻射方向圖和電壓駐波比；(3)將步驟⑵中得到的寬帶饋源的性能參數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，根據反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數，反射面天線的性能參數包括增益、第一旁瓣電平和G/T值；(4)以反射面天線的性能參數作為評價函數，采用優化算法，對寬帶饋源的部分或全部初始設計參數進行優化，得到使反射面天線性能達到最優的優化后的寬帶饋源設計參數并將其作為寬帶饋源的最終設計參數；完成寬帶饋源的優化設計。其中，對于波紋喇叭，寬帶饋源的設計參數包括波紋槽形式、數量、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。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。其中，步驟(4)中的優化算法包括全局和局部優化算法。本專利技術與
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相比具有如下優點:1.本專利技術打破了反射面系統與饋源的“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，以天線的性能最優作為設計準則，并以此為依據進行兩者的最優化設計，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2.適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計?！靖綀D說明】圖1是本專利技術的設計思路流程圖。圖2是本專利技術的寬帶饋源優化設計流程圖【具體實施方式】:參照圖1，圖2 —種寬帶饋源的優化設計方法，其特征在于包括如下步驟:(1)選取寬帶饋源的設計參數作為優化變量，并給定這些設計參數的初始值；選擇波紋喇叭作為優化設計對象，步驟(1)中寬帶饋源的設計參數包括波紋槽形式、數量、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化設計對象，其余設計參數取定值。作為優化設計對象的每個設計參數選擇各N個數值，作為設計參數的初始值，形成N組初始設計參數形成初始設計參數種群；其中，每組設計參數中的某個初始設計參數值可與另一組中對應的初始設計參數值相同或不同。N為大于1的自然數。(2)按照選取的設計參數，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數；寬帶饋源的性能參數包括輻射方向圖和電壓駐波比；利用仿真軟件，對N組設計參數對應的波紋喇叭進行性能仿真，得到N組設計參數對應的波紋喇叭在不同頻率的輻射方向圖和電壓駐波比。(3)將步驟⑵中得到的寬帶饋源的性能參數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，根據反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數，反射面天線的性能參數包括增益、第一旁瓣電平和G/T值；采用步驟(2)中得到的N組設計參數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。(4)以反射面天線的性能參數作為評價函數，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，否則采用優化算法，對寬帶饋源的部分或全部設計參數進行優化，直至有一組設計參數使反射面天線性能滿足設計要求，并將該組參數并將其作為寬帶饋源的最終設計參數輸出。以遺傳算法為例，若初始設計參數種群中不存在一組參數，使該組參數對應的波紋喇叭滿足設計要求，則對初始設計參數種群進行選擇、交叉和變異操作，形成新一代的設計參數種群。然后返回步驟(2)，依次執行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，直至某組設計參數滿足設計要求，并將該組參數并將其作為寬帶饋源的最終設計參數。 完成寬帶饋源的優化設計?！局鳈囗棥?.，其特征在于包括如下步驟: (1)選取寬帶饋源的幾何參數作為優化變量，并給定這些幾何參數的初始值； (2)按照選取的初始設計幾何參數，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數；寬帶饋源的性能參數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，根據反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數，反射面天線的性能參數包括增益、第一旁瓣電平和G/T值； (4)以反射面天線的性能參數作為評價函數，采用優化算法，對寬帶饋源的部分或全部初始設計幾何參數進行優化，得到使反射面天線性能達到最優的優化后的寬帶饋源幾何參數并將其作為寬帶饋源的最終設計幾何參數； 完成寬帶饋源的優化設計。2.根據權利要求1所述，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包括波紋槽形式、數量、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.根據權利要求1所述，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.根據權利要求1所述，其特征在于:步驟(4)中的優化算法包括全局和局部優化算法。【專利摘要】本專利技術涉及，其特征在于：所述寬帶饋源的優化設計方法，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，實現天線性能在寬頻帶內達到最優的目的，適用于各種反射面天線寬帶饋源的設計?！綢PC分類】H01Q19/10, H01Q15/14【公開號】CN105356068【申請號】CN201510657113【專利技術人】伍洋, 解磊, 杜彪, 銀秋華 【申請人】中國電子科技集團公司第五本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬帶饋源的優化設計方法，其特征在于包括如下步驟：(1)選取寬帶饋源的幾何參數作為優化變量，并給定這些幾何參數的初始值；(2)按照選取的初始設計幾何參數，對寬帶饋源進行仿真分析，得到寬帶饋源的性能參數；寬帶饋源的性能參數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，根據反射面天線的輻射方向圖得出反射面天線的性能參數，反射面天線的性能參數包括增益、第一旁瓣電平和G/T值；(4)以反射面天線的性能參數作為評價函數，采用優化算法，對寬帶饋源的部分或全部初始設計幾何參數進行優化，得到使反射面天線性能達到最優的優化后的寬帶饋源幾何參數并將其作為寬帶饋源的最終設計幾何參數；完成寬帶饋源的優化設計。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：伍洋，解磊，杜彪，銀秋華，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第五十四研究所，
類型：發明
國別省市：河北;13