[发明专利]一种基于多馈源合成网络的幅相优化设计方法

权利要求书

1.一种基于多馈源合成网络的幅相优化设计方法，其特征在于：所述方法应用于合成多波束天线，天线包括反射器和馈源阵列，其中馈源阵列由喇叭阵列、极化器阵列和波束形成网络组成，波束形成网络由多个无源耦合器、移相器及波导连接结构共同构建实现拓扑网络及优化的幅度相位激励系数值，所述方法具体步骤包括：

(S1)根据设计指标要求确定多馈源合成多波束天线配置，包括主反射器的口径D、主反射器焦距F和馈源阵偏置H；

(S2)根据服务区的形状和设计指标要求，确定波束对应馈源簇位置、单波束合成馈源数量排布方式、波束间共用馈源数量及对应的馈源口径d；

在步骤(S2)中：

2a)依据天线配置参数与波束覆盖位置，计算天线焦平面上各波束中心所对应的坐标值；

2b)采用7馈源数量作为单波束合成馈源数量，7馈源采用正六边形排布，且馈源外壁包络两两相切；

2c)波束与波束间的馈源共用数量控制在2个；

2d)通过已有的波束中心位置及合成馈源数量共用方式计算出馈源口径d；

(S3)根据步骤(S2)中确定的馈源喇叭的内径d，利用Champ软件对馈源喇叭口径效率为目标进行设计，并利用GRASP软件计算在(S1)步骤所确定的天线配置参数下的所有馈源子波束性能；

在步骤(S3)中，通过以下方式对馈源喇叭进行设计：

根据内径d，在Champ软件中建立馈源喇叭的初始模型，然后将馈源的口径效率、交叉极化隔离度、回波损耗作为优化目标，利用Champ软件自带的优化程序进行馈源喇叭的优化设计；

(S4)依据馈源阵波束规模、波束馈源对应关系及构成网络的无源器件类型，构建波束形成网络拓扑结构；

(S5)在根据步骤(S4)对波束形成网络设计完成后，以步骤(S3)计算后的所有馈源子波束性能为输入条件，进行馈源阵合成网络的幅相激励系数的优化设计；

所述步骤(S5)的具体过程为：

(S51)将参与波束合成的每一个通道的激励系数定义为优化变量X^a-b,其中a为波束号，b为馈源号，变量数组X所包含的总的变量数目由网络拓扑结构设计的通道数目所确定；

(S52)在步骤(S51)中的优化变量数组X确定后，根据设计服务区的波束宽度要求范围，在各波束的相应位置布置观测站点，形成观测变量Y；

(S53)将拓扑网络约束与网络结构所含无源器件的色散特性在全频带内进行提取并进行参数化近似，对所有优化变量依据不同设计频率进行修正；

(S54)利用计算得到的天线子波束在不同频点下各个观测站点的天线性能与激励系数X，与设置要求进行对比构建目标函数F(X,Y)，并设置各个观测站点的增益、C/I要求和权值系数；

(S55)采用全局优化算法对根据步骤(S54)构建的目标函数F(X,Y)进行优化，如果优化结果满足设计要求，结束优化；否则返回到步骤(S55)调整各个观测站点性能指标的权值系数，重新进行优化；

在步骤(S54)中，目标函数F(X,Y)根据以下公式确定：

F(X,Y)＝(F1(X,Y₁),F1(X,Y₂)…F1(X,Y_M))^T；

F1(X,Y_m)＝w_m[D1(Y_m)-D_co(X,Y_m)]+w_m1[C/I1(Y_m)-C/I_co(X,Y_m)]；

上式中，w_m是第m个观测站点的方向性权重系数，w_m1是第m个观测站点的C/I性能权重系数，D1(Y_m)是第m个观测站点设计要求的主极化方向性值，C/I1(Y_m)是第m个观测站点设计要求的C/I值，D_co(X,Y_m)是优化变量为X的情况下，利用物理光学法计算得到的第m个观测站点的合成后的主极化方向性值，C/I_co(X,Y_m)则是主极化的C/I值；F1(X,Y₁)是优化变量为X的情况下第1个观测站点的冗余值，F1(X,Y₂)是优化变量为X的情况下第2个观测站点的冗余值，F1(X,Y_M)是优化变量为X的情况下第M个观测站点的冗余值，M是所取的观测站点总数目，1≦m≦M。