專利名稱：基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法
技術領域：
本發明屬于雷達天線技術領域，具體是一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，可用于對帶有介質夾層式天線罩的反射面天線系統的電性能進行補償。
背景技術：
天線罩是保護天線免受自然環境影響的透波殼，是由天然或人造電介質材料制成的覆蓋物，或是由桁架支撐的電介質殼體構成的特殊形狀的電磁明窗。設計優良的天線罩，除了具有保護性、傳導性、可靠性、隱蔽性和裝飾性等功能外，還可以延長整個系統各部分的使用壽命、降低壽命成本和操作成本、簡化設計、降低維修成本、保證天線表面和位置的精確度、給天線操作人員創造良好的工作環境。但是天線罩也會對理想天線的電磁輻射產生影響，使理想的天線電性能有所降低。天線罩設計是結構設計與電性能設計結合的復雜設計。隨著我國航空、氣象及軍事技術的進步和軍事形勢的發展，進行遠程精密跟蹤測量雷達等高精度雷達和高增益天線的研究與制造已成為緊迫的任務。而特殊地理位置的自然環境對設備的影響較大，配備天線罩成為這些雷達、天線必不可少的要求，介質夾層式天線罩以其良好的結構性能和電性能而得到廣泛的應用。杜耀惟在1993年出版的經典著作《天線罩電信設計方法》一書中分析了介質夾層式天線罩對天線遠場的影響，該方法首先求出天線罩的透射系數，然后根據天線的口徑場和天線罩的透射系數得到加罩后的口徑場，積分求出加罩后天線的遠場。該方法的不足是:沒有考慮通過軸向偏焦來改善帶罩天線系統的電性能。李高升在2004年的論文《拋物面天線饋源軸向偏焦的理論及應用研究》中使用幾何光學理論分析了軸向偏焦對拋物面天線電性能的影響，該方法首先求出了軸向偏焦影響下的天線口徑場，然后根 據口徑場積分求出天線遠場，然而該方法并未將其應用到對加罩后天線電性能的補償中。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，以改善帶罩天線系統的電性能。為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟:(I)根據已知的天線口徑場/「(P,爐)，計算天線的遠場F(0，Φ)，繪制遠場方向圖T1,并從遠場方向圖中提取電性能指標，即最大場強G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ；(2)用傳輸線理論計算天線罩上各點處的透射系數，并計算透過天線罩后的口
徑場:Ι':\ρ,φ) = /;(ρ, φ). \,；(3)根據天線罩的透射系數以及天線的結構形式，計算天線軸向偏焦的初始調整量df:
對于單反射面天線，其初始調整量為:= , Δ///Λ,、，其中Λ ητ是透射系數的相位最大值與最小值之差，ξ.是
zr(1-cos<jmaxj
拋物面口徑張角；若計算出的df大于Ο. λ，則令df等于Ο. λ，λ是天線的波長j = ,，其中f為天線工作頻率，c為光速；對于雙射面天線，其初始調整量的計算按以下兩種方式進行:若調整饋源，按公式4 = ,,、進行計算，其中ξ / _是饋源對副反射面
2^U-c0sSmax J
的張角；若計算出的df大于0.1 λ，則令df等于0.1入。若調整副反射面，按公式4 = m —)進行計算，其中ζ " _是焦
點對副反射面的張角；若計算出的df大于0.1 λ，則令df等于0.1 λ ;(4)計算天線的軸向偏焦七造成的口徑場的相位差Λ Ψ，得到軸向偏焦時透過天線罩后的口徑場:p., (P)=廠'(P, φ).Δψ ；(5)根據透過天線罩后的口徑場F(AP)，計算未軸向偏焦時帶罩天線的遠場F' (θ，Φ)，繪制遠場方向圖！^，并從該遠場方向圖中提取最大場強匕、左一副瓣L2、和右一副辦R2這些電性能指標；`(6)根據軸向偏焦時透過天線罩的后口徑場Γ'(ρ,爐)，計算軸向偏焦時帶罩天線的遠場F" (θ，Φ)，繪制遠場方向圖！^，并從該遠場方向圖中提取最大場強匕、左一副瓣L3和右一副辦R3這些電性能指標；(7)對比步驟(I)、(5)、(6)中得到的遠場方向圖！\、T2, T3和相應的電性能指標，計算加罩后對天線電性能指標的改變量，以及計算軸向偏焦后對帶罩天線系統的電性能指標的改變量；(8)根據天線設計的電性能要求，判斷加罩并且軸向偏焦后系統的電性能指標改變量是否滿足預設要求，如果滿足，則輸出步驟(I)、(5)、(6)中得到的遠場方向圖1\、T2、T3和相應的電性能指標；否則，對軸向偏焦量4進行微調，并重復步驟(4)到步驟(8)，直至結果滿足要求。本發明由于采用饋源的軸向偏焦來補償加罩后天線口徑場的相位畸變，因而與現有技術相比，改善了帶罩天線系統的電性能。
圖1是本發明的實現總流程圖；圖2是本發明中計算透過天線罩后的口徑場的子流程圖；圖3是單反射面天線的變量示意圖；圖4是雙反射面天線的變量示意圖；圖5是介質夾層式天線罩的結構圖；圖6是圖5中的C夾層天線罩的截面結構示意圖；圖7是無罩天線、軸向偏焦前后加罩天線的遠場方向圖。
具體實施例方式以下參照附圖對本發明作進一步詳細描述。參照圖1，本發明的具體步驟如下: 步驟一，根據天線的已知口徑場計算天線遠場。(Ia)根據已知的天線口徑場分布計算天線的遠場F(0，φ):
權利要求
1.一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據已知的天線口徑場/':(/)#)，計算天線的遠場F(e，Φ)，繪制遠場方向圖T1，并從遠場方向圖中提取電性能指標，即最大場強G1、左一副瓣L1和右一副瓣R1 ； (2)用傳輸線理論計算天線罩上各點處的透射系數&,并計算透過天線罩后的口徑場:
2.根據權利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，其特征在于步驟(4)所述的計算天線的軸向偏焦七造成的口徑場的相位差△ Ψ，根據天線類型計分別按如下公式計算: 對于單反射面天線，其軸向偏焦七造成的口徑場的相位差ΔΨ=2π/λdfcosξ，其中I是焦點到拋物面上一點的連線與拋物面軸線的夾角； 對于雙射面天線，計算軸向偏焦七造成的口徑場的相位差Δ ψ有兩種公式:若調整饋源，按公式ΔΨ=2π/λdfcosξ'進行計算，其中ξ'是饋源到副反射面上一點的 連線與副反射面軸線的夾角；若調整副反射面，按公式ΔΨ=2π/λdf(cosξ'+cosξ'')進行計算，其中ξ"是焦點到副反射 面上一點的連線與副反射面軸線的夾角。
3.根據權利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，其特征在于所述步驟(7)中計算加罩后對天線電性能指標的改變量，包括: 加罩后最大場強減小值: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分別為從遠場方向圖T1中提取的最大場強、左一副瓣和右一副瓣，G2、L2、R2分別為從遠場方向圖T2中提取的最大場強、左一副瓣和右一副瓣。
4.根據權利要求1所述的基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，其特征在于所述步驟(7)中計算軸向偏焦后對帶罩天線系統的電性能指標的改變量，包括: 軸向偏焦后最大場強減小值:AG2=G2-G3, 軸向偏焦后左一副瓣升高值:AL2=L3-L2, 軸向偏焦后右一副瓣升高值:AR2=R3-R2, 其中G2、L2、R2分別為從遠場方向圖T2中提取的最大場強、左一副瓣和右一副瓣，G3、L3、R3分別為從遠場方向圖T3中提取的最大場強、左一副瓣和右一副瓣。
全文摘要
本發明公開了一種基于軸向偏焦的大型天線罩電性能補償方法，主要解決天線罩對天線電性能影響過大的問題。其技術方案是根據口徑場計算天線遠場，繪制遠場方向圖并提取電性能指標；計算透過天線罩后的口徑場；計算軸向偏焦的初始調整量；計算軸向偏焦時透過天線罩后的口徑場；計算軸向偏焦前后帶罩天線的遠場，繪制遠場方向圖并提取電性能指標；對比無罩天線、軸向偏焦前后帶罩天線的遠場方向圖和電性能指標，如滿足天線的電性能要求，則輸出無罩天線、軸向偏焦前后帶罩天線的遠場方向圖和電性能指標及軸向偏焦量；否則，微調軸向偏焦量，并重復上述過程，直至電性能滿足要求。本發明能有效改善帶罩天線系統的電性能，可用于天線罩的分析與設計。
文檔編號H01Q1/42GK103094685SQ201310030150
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者李鵬, 許萬業, 仇原鷹, 段寶巖, 王從思, 宋立偉, 周金柱, 鄧坤, 劉超 申請人:西安電子科技大學