基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法

摘要

本发明公开了一种基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，具体步骤包括：(1)输入天线结构参数和电参数；(2)获取索网天线结构信息；(3)建立优化模型；(4)获得目标函数值；(5)判断是否满足赋形要求；(6)输出索网节点信息到指定文件；(7)计算敏度信息值；(8)更新索网节点信息。本发明通过计算天线远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值，结合敏度信息优化迭代方法，对索网反射面天线进行型面赋形设计，克服了空间正交多项式在索网反射面天线赋形设计中无法应用、差分进化方法计算量大的不足，具有运算量较少、效率较高的优点。

主权项

1.基于敏度信息的索网反射面天线型面赋形方法，包括如下步骤：(1)输入天线结构参数和电参数输入用户提供的包含天线口径、焦距、偏置距离、工作波长、馈源参数和赋形要求的天线结构参数和电参数信息；(2)获取索网天线结构信息以索网反射面天线的投影口径中心作为面片划分的起点，采用面片划分方法获得包含有投影正三角形边长的索网反射面天线结构信息；(3)建立优化模型从索网反射面天线结构信息中提取节点轴向位移量，将节点轴向位移量作为优化模型中的设计变量，赋形要求作为目标函数，依此建立天线型面赋形设计模型：Find Δz＝{Δz₁，Δz₂，…，Δz_M}^TMin  f(Δz)S.t.G(Δz)≤0其中，Find表示迭代运算，Δz表示索网节点轴向位移列向量，Δz₁、Δz₂、…、Δz_M依此表示节点编号为1、2、…、M的轴向位移量，M表示节点总数，上标T表示向量转置运算；Min表示最小化运算，f(Δz)表示赋形要求的目标函数；S.t.表示约束运算，G(Δz)表示包含节点轴向位移量上下限的约束函数；(4)获得目标函数值采用物理光学法获得优化模型中的目标函数值；(5)判断是否满足赋形要求判断目标函数值是否满足用户在步骤(1)中指定的赋形要求，如果满足要求，则转至步骤(6)；否则转至步骤(7)；(6)输出索网节点信息到指定文件；(7)计算敏度信息值7a)从索网天线结构信息中提取节点轴向位移量，从馈源参数中提取馈源的总辐射功率；7b)通过下式计算面片法向矢量对节点轴向位移的敏度信息值：$\overrightarrow{h}=\left\{\begin{array}{c}(0,-2/\sqrt{3},1)/L\\ (-1,-1/\sqrt{3},1)/L\\ (-\mathrm{1,1}/\sqrt{3},1)/L\\ (\mathrm{0,2}/\sqrt{3},1)/L\\ (\mathrm{1,1}/\sqrt{3},1)/L\\ (1,-1/\sqrt{3},1)/L\end{array}\right.$其中，表示面片法向矢量对节点轴向位移的敏度信息值，L表示步骤(2)中得到的投影正三角形边长；7c)按照下式计算远区辐射电场对节点轴向位移的敏度信息值：$\frac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial \mathrm{\Delta z}}=-\mathrm{jk\eta }\frac{\exp (-\mathrm{jkR})}{4\mathrm{\pi R}}(\stackrel{=}{I}-\hat{R}\hat{R})\underset{i=1}{\overset{6}{\Sigma }}\int ({\overrightarrow{T}}_1+{\overrightarrow{T}}_2){\mathrm{d\sigma }}_i$${\overrightarrow{T}}_1=2\overrightarrow{h}\times \overrightarrow{H}\left(\overrightarrow{r}\right)\exp (\mathrm{jk}\overrightarrow{r}·\hat{R})$${\overrightarrow{T}}_2=2\overrightarrow{N}\times \overrightarrow{H}\left(\overrightarrow{r}\right)\exp (\mathrm{jk}\overrightarrow{r}·\hat{R})\mathrm{jkQ}({\cos \theta }_s+\cos \theta )$其中，表示远区辐射电场对节点轴向位移的敏度信息值，表示远区辐射电场，Δz表示节点轴向位移量，表示求偏导数运算，j表示虚数单位，k表示自由空间波数，η表示自由空间波阻抗，exp表示自然对数的指数运算，R表示远场观察点位置矢量幅度，π表示圆周率，表示单位并矢，表示单位矢量的并矢，表示中间计算量，σ_i表示与节点相连的第i个投影正三角形，下标i表示投影正三角形编号；表示面片法向矢量对节点轴向位移的敏度信息值，表示反射面位置矢量处的入射磁场，表示反射面位置矢量，表示远场观察点的单位矢量；表示面片法向矢量，Q表示投影正三角形上的形函数，θ_s表示位置矢量在馈源坐标系下的俯仰角，下标s表示馈源坐标系，θ表示远场观察点俯仰角；7d)按照下式计算远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值：$\frac{\partial D}{\partial \mathrm{\Delta z}}=\frac{{4\mathrm{\pi R}}^2}{\mathrm{\eta P}}(\frac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial \mathrm{\Delta z}}\overrightarrow{E}*\frac{\partial {\overrightarrow{E}}^{*}}{\partial \mathrm{\Delta z}}\overrightarrow{E})$其中，表示远区方向系数对节点轴向位移的敏度信息值，D表示远区方向系数，Δz表示节点轴向位移量，表示求偏导数运算，π表示圆周率，R表示远场观察点位置矢量幅度，η表示自由空间波阻抗，P代表馈源总辐射功率，表示远区辐射电场，表示远区辐射电场的共轭值，上标*代表共轭运算；(8)更新索网节点信息采用敏度信息优化迭代方法，得到下次迭代的节点轴向位移量，完成本次迭代的索网节点信息更新，转至步骤(4)。