[发明专利]一种多变量赋形波束天线的设计方法、系统和介质

说明书

本发明涉及一种多变量赋形波束天线优化设计方法、系统和介质，天线由主、副反射器和馈源阵列组成，该方法通过对馈源数目、馈源位置、馈源口径、馈源激励的幅相以及反射器形面进行综合优化设计，从而在保证天线性能满足指标要求的前提下，实现了整个天线系统的最简化设计。优化过程中将主、副反射器相对于标准面的形变量用正交的基函数来表示，并和馈源的数目、位置、口径以及激励的幅相联合起来作为优化变量。由于该方法采用的优化变量维度较高，并且在优化过程中对反射器的形变量范围作了限制，因此在保证反射器可加工性的前提下解决了天线口径尺寸受限时服务区内高增益要求与众多邻近抑制区低电平之间的矛盾，在满足服务区高增益的同时实现了对众多邻近抑制区的隔离。

技术领域

本发明具体涉及一种多变量赋形多波束天线的设计方法、系统和介质，属于星载天线技术领域

背景技术

我国广播电视传输早期使用常规通信卫星，因为卫星通信是一个开放的无线电通信，覆盖区内容易受到非法信号的干扰，特别是有预谋的恶意干扰。新的广播电视专用传输卫星有必要继续提升抗恶意干扰能力，同时应着手提高目前专用卫星业务运行稳定性。

C频段的广播卫星天线由于其工作频率低，受限于卫星平台可提供的空间限制，天线的口径受限，因此实现服务区到抑制区的快速波束滚降有很大的难度。此前的赋形波束设计方法通常有两种，一种是通过对反射面形状进行优化；另外一种是多馈源赋形，即采用多个馈源照射反射面，通过优化每个馈源的幅度相位来实现对波束的赋形。但是对于通信多波束天线的设计要求，上述两种方法均无法兼顾服务区的高增益和对抑制区高隔离要求，并且如果采用对反射面赋形的方法，会造成反射面曲率变化很大，无法加工；如果采用多馈源赋形的方法，则馈源阵元数目很多，馈电网络设计复杂。因此采用目前已有的方法，无法满足通信多波束天线的设计需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对反射面天线口径受限，且存在众多邻近服务区的隔离区的设计情况，提出一种多变量赋形波束天线设计方法，能够满足客户对服务区高增益和对隔离区高抑制的设计要求，并且具有较低的系统复杂度，满足通信多波束天线的设计需求。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种多变量赋形波束天线的优化设计方法，所述天线包括主反射器(1)、副反射器(2)和馈源阵列(3)，其中，主反射器(1)和副反射器(2)为赋形反射面，馈源阵列(3)包括多个结构和尺寸并不完全相同的馈源喇叭，并且所述方法包括：

(S1)根据设计指标要求确定主反射器的口径D1(外切圆的直径)、主反射器焦距F1和副反射器焦距F2、主反射器焦轴与副反射器焦轴的夹角θ和副反射器的离心率e；

(S2)根据天线覆盖区即服务区的形状和设计指标要求，优化设计馈源喇叭的位置、数量和口径；

(S3)根据步骤(S2)中确定的馈源喇叭的口径，对馈源喇叭进行赋形；

(S4)对馈源喇叭赋形完成后，根据赋形后的馈源喇叭的照射方向，对主反射器(1)、副反射器(2)的形面和馈源阵列(3)的幅相进行优化，步骤如下：

(S41)将主反射器(1)、副反射器(2)的展开基函数的系数和馈源阵列(3)的阵幅相顺序排列做成的一维向量作为优化变量X；其中反射器的展开基函数采用B样条函数来提高赋形优化的效果。

(S42)在步骤(S41)中的优化变量X确定后，根据设计指标要求的天线在服务区不同位置的增益要求和抑制区的旁瓣电平要求，在天线波束的相应位置布置观测站点，观测站点的位置信息形成观测变量Y；

(S43)设置各个观测站点的增益要求和权值系数；

(S44)利用物理光学法，计算不同频点下天线在各个观测站点的增益，并与设计指标要求进行对比构建目标函数F(X,Y)；