一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法与流程

本发明涉及微波能量空间传输，特别是一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法。

背景技术：

1、抛物面天线是指由抛物面反射器和位于其焦点上的照射器(馈源)组成的面天线。旋转抛物面反射器为以抛物线为母线沿抛物线法线方向延伸，采用良导体制成，发射时电磁波从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射，由于馈源位于抛物面的焦点上，电磁波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射；接收时，沿抛物面法向平行射入的电磁波向经反射面反射后，汇聚到馈源。抛物面天线具有结构简单、增益大、方向性强、工作频带宽等优点，通常用作点对点通信的高增益天线，在微波中继通信、对流层散射通信、卫星通信、射电望远镜、雷达及电视等领域得到广泛应用。

2、抛物面天线的增益可近似按公式：g＝10lg(4.5×(d/λ0)2)计算，即天线直径越大，增益越大，当天线直径超过2.428.m(集装箱标准尺寸)时，为便于车载使用，通常需要将天线做成分块结构，运输时折叠起来减少空间尺寸，使用时展开，而尺寸较大的天线，为减轻天线重量，通常采用碳纤维制造，使用球墨铸铁qt50-10铸造毛坯加工模具，在200℃左右的高温下通过模胎复合成型工艺制造。即不管是使用铝材还是碳纤维复合材料的大型抛物面天线，其制造都存在加工难度大，折叠结构复杂，空间尺寸大，使用不便，费用高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，包括以下步骤：

3、s1：根据使用需求确定天线的工作电磁波波长λ以及馈源至天线的距离h；

4、s2：定义坐标系及参考点：以抛物面的对称轴为x轴，x轴正方向取电磁波发射方向，在x轴上取一点为原点，y轴过原点且与x轴垂直，xoy平面的法线方向指向绘图者方向，其中原点坐标为(0，0)，焦点a坐标值为(h，0)；

5、s3：确定天线直径d，天线后端面至抛物面弧底中心位置距离为g，天线前端面距抛物面弧底中心位置距离为e，过坐标值为(0，d)的点绘制平行于x轴的天线直径参考线u，过坐标值为(e，0)的点绘制平行于y轴的前端面限位参考线m，参考线u与参考线m交于点e；

6、s4：依次过坐标为(-h-nλ，0)(n＝0，1，2，......)的点，做与y轴平行的直线ln，以焦点a为定点，ln为准线，绘制抛物线cn，抛物线cn与前端面限位参考线m相交于交点bn，当交点bn纵坐标大于天线直径d时，停止抛物线绘制并且n记为n，抛物线cn与天线直径参考线u交点为dn；

7、s5：依次引焦点a与步骤s4中系列交点bn的连线，并延长连线使之与抛物线cn+1交于点dn；

8、s6：通过原点与点b0之间的抛物线段、点bn与点dn之间的直线段、点dn与点bn+1之间的抛物线段、点bn-1与点e之间的直线段和点e与点dn之间的直线段形成复合曲线；

9、s7：以复合曲线为母线绕x轴旋转一周，得到菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线。

10、进一步的，步骤s1中，天线的电磁波波长λ为

11、λ＝c/f；

12、其中，c为微波传输所在的介质中光速，f为电磁波频率，焦径比h/d的取值范围为0.3～0.5。

13、进一步的，步骤s3中，天线直径换算公式为：

14、d＝ik/(k-j)；

15、其中，i为满足工作环境的普通抛物面天线直径，j为抛物面深度，k为抛物面焦距。

16、进一步的，步骤s4中，n为连续取值。

17、进一步的，步骤s5中，当步骤s4中的n不是连续取值时，通过选择天线厚度来使得焦点a与步骤s4所得系列交点bn的连线延长线与抛物线cn+1的交点dn的横坐标值不小于天线后端面横坐标值-g。

18、本发明具有以下优点：采用本发明公开的方法，通过复合曲线替代抛物线作为反射天线的母线，获得菲涅尔式复合旋转抛物面，从而降低旋转抛物面反射天线的整体厚度，便于对大尺寸天线进行分割、拼接和折叠，进而降低天线加工难度和成本，同时天线也便于运输、组装、调试和调整。

技术特征：

1.一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，其特征在于：所述步骤s1中，天线的电磁波波长λ为

3.根据权利要求2所述的一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，其特征在于：所述步骤s3中，天线直径换算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，其特征在于：所述步骤s4中，n为连续取值。

5.根据权利要求1所述的一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，其特征在于：所述步骤s5中，当所述步骤s4中的n不是连续取值时，通过选择天线厚度来使得焦点a与所述步骤s4所得系列交点bn的连线延长线与抛物线cn+1的交点dn的横坐标值不小于天线后端面横坐标值-g。

技术总结
本发明公开了一种菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线设计方法，应用于微波能量空间传输领域，尤其适合作为固定点频工作的大尺寸天线使用，通过原点与点B<subgt;0</subgt;之间的抛物线段、点B<subgt;n</subgt;与点D<subgt;n</subgt;之间的直线段、点D<subgt;n</subgt;与点B<subgt;n+1</subgt;之间的抛物线段、点B<subgt;N‑1</subgt;与点E之间的直线段和点E与点D<subgt;N</subgt;之间的直线段形成复合曲线，以复合曲线为母线沿绕X轴旋转一周，得到菲涅尔式复合旋转抛物面反射天线，当需要以偏馈方式使用时，可根据需要截取出曲面中的一部分。通过菲涅尔复合旋转抛物面替代普通旋转抛物面，降低旋转抛物面反射天线的整体厚度，实现大尺寸旋转抛物反射面分割、拼接和折叠，降低大尺寸旋转抛物面反射天线的加工难度和成本，实现的天线便于运输、组装、调试和调整。

技术研发人员：蒋卫锋
受保护的技术使用者：成都同相科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13