星载桁架式可展开网状抛物面天线方向图分析与优化

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文星载桁架式可展开网状抛物面天线方向图分析与优化2013年6月PatternAnalysisandOptimizationoftheDeployableTrussReftectorAntennaonSatelliteBy-WangLeADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentofthereq

2、uirementForthedegreeofMasterofCommunicationandInformationSystemInstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciencesJune，2013研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子学研究所或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同

3、工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：土永日期：．20／≥．‘．6关于学位论文使用权的说明本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论文的规定，其中包括：①电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②电子所可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③电子所可允许学位论文被查阅或借阅；④电子所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤电子所可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：

4、王采导师签名：夕髫丞日期：岛防‘．6日期：刃f歹．／．g摘要桁架式可展开网状抛物面天线是一种具有特殊反射面构形的可展开反射面天线。它在继承了反射面天线固有的增益高、副瓣低、辐射效率高等优点的基础上，还具有质量轻、展缩比大、展开结构稳定等优势。这使得它在分布式小卫星合成孔径雷达以及高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达中有着广泛的应用前景。本文基于桁架式抛物面天线反射面的特殊构形一一空间三角形单元拓扑结构，对阵列馈源激励的桁架式抛物面天线方向图计算及单馈源激励的桁架式抛物面天线方向图优化进行了研究。本文所取得的研究

5、成果及创新点如下：1)研究了阵列馈源激励的桁架式抛物面天线方向图的计算。提出了一种将物理光学法和三角形积分域变换法相结合来计算馈源数目任意、位置任意的桁架式抛物面天线方向图的新方法。对环境一号C卫星的阵列馈电桁架式抛物面天线方向图进行仿真，得到的仿真方向图在主瓣及其附近区域与实测方向图吻合得较好，证明了本算法的正确性。由于本文在仿真过程中仅对馈源遮挡进行了简单处理，因此仿真方向图在远距离副瓣处与实测方向图存在一定差异。在馈源保持不变的情况下，本文提出的方法仅需桁架式天线反射面上的节点坐标即可计算出其方向图，

6、故建立了桁架式抛物面天线反射面结构与其电性能的直接联系。2)分析了物理光学法和几何光学法在计算桁架式抛物面天线方向图时存在的差异。通过系统的公式推导与比较，得出物理光学法和几何光学法在计算桁架式抛物面天线方向图中的主瓣及其附近区域时都精确有效，然而物理光学法在计算距离向方向图中存在的远距离高副瓣时更为精确。分别采用这两种方法对环境一号C卫星的阵列馈电桁架式抛物面天线方向图进行仿真，得到的仿真结果验证了上述结论。3)将简化桁架式抛物面天线辐射积分计算的三角形积分域变换法推广到口径面为近似多边形的多波束旋转抛物

7、面天线方向图的计算。基于物理光学法，通过将口径面为近似多边形的旋转抛物面天线的口径面分割为若干个三角形，然后采用三角形积分域变换法简化每个三角形上的辐射积分，最后将计算出的场量进行叠加，得到最终的辐射场。这里采用三角形积分域变换法的好处在于可以将积分域变换为简单的矩形区域，且仅需口径面上的节点坐标即可计算出天线方向图。本文通过一个算例验证了本方法的有效性。4)研究了单馈源正馈的桁架式抛物面天线方向图的优化。原有的桁架式抛物面天星载桁架式可展开网状抛物面天线方向图分析与优化线的反射面是按照传统方式设计的，未经

8、过优化，其距离向方向图中存在着远距离高副瓣。本文根据桁架式天线反射面的构形特点，选取反射面上的节点位置坐标作为优化变量，以压低桁架式抛物面天线距离向方向图中的远距离高副瓣为优化目标，采用收敛速度较快的全局最优化算法一一DEGL作为优化算法，对单馈源正馈的桁架式抛物面天线方向图进行优化。经过优化，桁架式抛物面天线距离向方向图中的远距离高副瓣有明显下降。关键词：桁架式可展开网状抛物面天线，光学法，几何光学法，三角形积