本發(fā)明屬于微波天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種天線設(shè)計(jì)方法，特別是一種可以提高具有特殊波束關(guān)系的雙波束賦形覆蓋區(qū)增益(或天線效率)的天線設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，要求衛(wèi)星的載荷功能越來越多，對(duì)天線集成度的需求也隨之提高。對(duì)于通信衛(wèi)星，常希望在頻譜資源有限、天線布局受限的約束下實(shí)現(xiàn)更多的波束覆蓋，即使用有限數(shù)目的天線實(shí)現(xiàn)盡可能多的波束。反射面的雙(多)波束設(shè)計(jì)技術(shù)提供了一種在一副天線中實(shí)現(xiàn)同頻波束覆蓋不同區(qū)域的可能，且兩個(gè)波束性能接近于一般獨(dú)立天線實(shí)現(xiàn)的性能。利用波傳播的獨(dú)立性原理，通過不同饋源照射同一反射面，形成不同指向的波束覆蓋，且由于波束間的空域隔離，能夠滿足在不同波束中使用相同的頻率資源進(jìn)行通信而不會(huì)由于之間的干擾影響通信。這樣，在天線實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中就需要通過設(shè)計(jì)使得雙波束性能盡可能地接近獨(dú)立天線設(shè)計(jì)時(shí)所獲得的性能，從而實(shí)現(xiàn)雙波束高效率輻射，在可接受的性能損失和增加有限硬件的前提下在一副天線內(nèi)獲得原本需要兩幅天線才能實(shí)現(xiàn)的天線功能。

在通信衛(wèi)星反射面天線中，雙(多)波束設(shè)計(jì)技術(shù)是空間天線技術(shù)中的重要課題。對(duì)于雙波束覆蓋區(qū)，主要有三種形態(tài)與五種關(guān)系，見表1：雙波束的三種形態(tài)為全為點(diǎn)波束、全為賦形波束以及點(diǎn)波束加賦形波束，而雙波束中全為點(diǎn)波束的雙波束關(guān)系為相似，應(yīng)用傳統(tǒng)的多波束天線(Multi-beam Antenna)技術(shù)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，點(diǎn)波束加賦形波束的雙波束關(guān)系為相關(guān)，可以應(yīng)用傳統(tǒng)焦平面共軛場(chǎng)匹配法進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在全為賦形波束的雙波束中，波束形狀類似或波束長軸方向接近一致，由于饋源小范圍偏移的性能微擾特性，可以應(yīng)用傳統(tǒng)的雙波束賦形進(jìn)行該類雙波束設(shè)計(jì)，但對(duì)于波束長軸方向接近正交的雙波束設(shè)計(jì)，則需要解決雙波束間的兼容性問題，目前暫沒有高效的設(shè)計(jì)方法。

表1雙波束覆蓋區(qū)形狀特性組合

在同一副天線中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)特征相異的波束，是進(jìn)行空間反射面天線雙波束設(shè)計(jì)的難題之一，如何提高兩個(gè)波束間的獨(dú)立性或利用兩個(gè)波束的相關(guān)性，使兩個(gè)波束性能接近一般獨(dú)立天線的性能是該難題的技術(shù)核心點(diǎn)。若直接采用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手段進(jìn)行雙波束設(shè)計(jì)，無法實(shí)現(xiàn)接近于獨(dú)立天線性能的雙波束天線，存在輻射波束效率不高、波束覆蓋匹配性差等問題，獲得的天線波束增益損失很明顯或天線波束抑制區(qū)(或副瓣)性能不佳，無法滿足預(yù)期的天線設(shè)計(jì)要求，降低了反射面雙波束設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高效率的反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法，在反射器天線中利用饋源軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化的現(xiàn)象，通過選擇合適的饋源位置來提高雙波束性能的兼容性，能夠進(jìn)行反射面天線雙波束匹配覆蓋設(shè)計(jì)而不增加新天線，具有天線新增功能實(shí)現(xiàn)與雙波束賦形的普適性。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

(1)對(duì)進(jìn)行雙波束設(shè)計(jì)的波束進(jìn)行分析，對(duì)雙波束間的增益要求苛刻程度排序，并將反射面口徑法線方向指向優(yōu)先級(jí)更高的波束中心；將雙波束中優(yōu)先級(jí)更高的波束記為賦形波束1，另一波束記為賦形波束2；

(2)在步驟(1)的基礎(chǔ)上，對(duì)賦形波束1進(jìn)行單饋源照射反射面下單波束賦形優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得賦形波束1以及對(duì)應(yīng)的反射面初始形面A；

(3)在共軛匹配場(chǎng)的基礎(chǔ)上，利用饋源在聚焦點(diǎn)軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化，設(shè)置來自賦形波束2覆蓋區(qū)域中心的平面波對(duì)反射面進(jìn)行照射，并分析計(jì)算焦平面場(chǎng)分布，據(jù)此分析結(jié)果確定與賦形波束2對(duì)應(yīng)的天線饋源位置；

(4)判定賦形波束2獲得的初始波束與目標(biāo)覆蓋區(qū)是否存在夾角，若存在夾角則繞賦形波束2目標(biāo)覆蓋區(qū)波束中心軸向旋轉(zhuǎn)整個(gè)反射面與雙饋源，使天線獲得的賦形波束2的初始波束與設(shè)計(jì)目標(biāo)匹配，并同時(shí)調(diào)整賦形波束1對(duì)應(yīng)的饋源位置使得賦形波束1指回原覆蓋區(qū)；若不存在夾角則直接進(jìn)入下一步；

(5)設(shè)置每個(gè)饋源的邊沿電平；

(6)以雙波束增益覆蓋要求為目標(biāo)建立雙波束賦形設(shè)計(jì)模型，以初始形面A為初始值，通過應(yīng)用反射面形面迭代優(yōu)化算法，獲得雙波束覆蓋性能以及對(duì)應(yīng)的形面B。

在型面B的基礎(chǔ)上，添加覆蓋區(qū)交叉極化要求以及抑制區(qū)要求，在雙波束賦形設(shè)計(jì)模型中完成性能優(yōu)化與提升工作，獲得反射面形面C。

在型面C的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化中的殘余站值進(jìn)行分析，調(diào)整覆蓋區(qū)內(nèi)各點(diǎn)目標(biāo)站值進(jìn)行優(yōu)化，提高覆蓋區(qū)內(nèi)的最小增益并增強(qiáng)波束與覆蓋區(qū)的匹配度，獲得最終反射面形面D。

所述的步驟(2)中，進(jìn)行單饋源照射反射面下單波束賦形優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于東天線，先進(jìn)行兩個(gè)波束中偏西向波束的賦形設(shè)計(jì)，對(duì)于西天線，先進(jìn)行兩個(gè)波束中偏東向波束的賦形設(shè)計(jì)。

所述的步驟(2)中，進(jìn)行單饋源照射反射面下單波束賦形優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在單偏置反射面焦距的選擇中，除參照衛(wèi)星結(jié)構(gòu)布局外，還要根據(jù)饋源軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化的規(guī)律，考慮新增饋源將沿饋源軸向前移還是后撤，若是前移則要選擇較長的焦距，若是后撤，則應(yīng)根據(jù)天線安裝布局要求選擇合適的初始焦距，為后撤時(shí)增加新饋源預(yù)留安裝空間，并保證天線焦距值滿足XPD性能的要求；在單偏置反射面的偏置量選擇時(shí)，對(duì)于東天線，要實(shí)現(xiàn)對(duì)偏西向波束覆蓋區(qū)的照射，應(yīng)提高偏置量數(shù)值，對(duì)于西天線，要實(shí)現(xiàn)對(duì)偏東向波束覆蓋區(qū)的照射，應(yīng)提高偏置量數(shù)值。

所述的步驟(5)中設(shè)置每個(gè)饋源的邊沿電平時(shí)，離反射面相對(duì)較近的饋源的邊沿電平較高，離反射面相對(duì)較遠(yuǎn)的饋源的邊沿電平較低。

所述的離反射面相對(duì)較近的饋源的邊沿電平范圍為-10～-14dB，離反射面相對(duì)較遠(yuǎn)的饋源的邊沿電平范圍為-18～-24dB。

所述步驟(3)中，結(jié)合天線饋源軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化，采用天線整體旋轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)雙波束初始覆蓋區(qū)與目標(biāo)覆蓋區(qū)的匹配。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明方法通過基于雙波束的形狀特征分析，利用聚焦點(diǎn)兩側(cè)饋源縱向移動(dòng)波束長軸方向旋轉(zhuǎn)的規(guī)律，并結(jié)合反射面天線系統(tǒng)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)初始雙波束對(duì)目標(biāo)覆蓋區(qū)的匹配性，進(jìn)行雙波束賦形設(shè)計(jì)，提高了波束覆蓋區(qū)增益，填補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，解決了設(shè)計(jì)盲目性問題，在技術(shù)上具有進(jìn)步性，工程實(shí)現(xiàn)難度小，所應(yīng)用的基本技術(shù)較為成熟，容易實(shí)現(xiàn)，便于工程化應(yīng)用。而且本發(fā)明設(shè)計(jì)方法也可以應(yīng)用到復(fù)雜波束關(guān)系多波束反射面天線設(shè)計(jì)和增加新的工作頻率進(jìn)行功能擴(kuò)展應(yīng)用，不會(huì)對(duì)天線布局提出新的要求，緩解了應(yīng)用平臺(tái)的天線布設(shè)空間的緊張，有利于天線緊湊性設(shè)計(jì)，不需增加新的天線布局空間，實(shí)現(xiàn)了原本需要兩(或多)個(gè)天線才能完成的功能，在天線技術(shù)上也具有一定的進(jìn)步性。

(2)本發(fā)明方法設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大、普適性強(qiáng)，填補(bǔ)了原有設(shè)計(jì)方法的不足，通過實(shí)施一系列的天線配置調(diào)整，提高初始波束對(duì)目標(biāo)覆蓋區(qū)的波束匹配性，進(jìn)而提高了天線波束覆蓋效率或增益，在設(shè)計(jì)效果上具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。該方法不僅能夠滿足復(fù)雜關(guān)系(特別是長軸方向正交)的雙波束賦形設(shè)計(jì)，也能夠通過步驟簡化完成對(duì)一般簡易波束關(guān)系的雙波束、多波束賦形設(shè)計(jì)，具有借鑒意義和應(yīng)用普適性。

(3)本發(fā)明方法由于其利用或改變波束相關(guān)性的設(shè)計(jì)思路，改善了雙波束的兼容性，并通過旋轉(zhuǎn)主反射器改善了波束抑制區(qū)性能，在改進(jìn)初始波束覆蓋匹配性的同時(shí)考慮了波束抑制區(qū)的設(shè)計(jì)，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

(4)本發(fā)明方法原理簡單，設(shè)計(jì)容易，具有硬件代價(jià)低、應(yīng)用方便、性能優(yōu)良、明顯的實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)，回避了對(duì)復(fù)雜饋源陣合成網(wǎng)絡(luò)的使用，而該反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法基于自身方案特點(diǎn)，所應(yīng)用的基本技術(shù)較為成熟、便于工程化應(yīng)用等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的競爭力，可以作為一種先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行通信衛(wèi)星反射面天線的雙波束、多波束設(shè)計(jì)應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明饋源位置與波束覆蓋區(qū)關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明饋源Z軸向移動(dòng)可以使波束長軸方向發(fā)生變化示意圖；

圖4為本發(fā)明雙波束覆蓋圖實(shí)例；

圖5為本發(fā)明雙饋源單偏置賦形反射面天線配置實(shí)例；

圖6為本發(fā)明雙波束初始覆蓋區(qū)目標(biāo)匹配過程示意圖；

圖7為本發(fā)明雙波束覆蓋圖實(shí)例中波束抑制區(qū)要求示意圖。

具體實(shí)施方式

鑒于通信衛(wèi)星中對(duì)頻率利用率不斷提高的要求，雙(多)波束實(shí)現(xiàn)以及賦形設(shè)計(jì)是增強(qiáng)天線功能、利用空域提高通信容量的重要技術(shù)途徑，既滿足了其復(fù)雜的電性能要求，同時(shí)增加的硬件代價(jià)有限，并對(duì)天線空間布局要求不高?，F(xiàn)有公開的或已有的通信衛(wèi)星反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法僅能滿足較為簡單的雙波束賦形設(shè)計(jì)，很難滿足復(fù)雜波束特征關(guān)系的雙波束設(shè)計(jì)應(yīng)用需求。采用現(xiàn)有公開的或已有的通信衛(wèi)星反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法很難作到復(fù)雜關(guān)系雙波束的兼容設(shè)計(jì)，常導(dǎo)致天線覆蓋區(qū)增益損失較大或天線口面利用率不高等問題，無法滿足高性能通信天線應(yīng)用要求。而本發(fā)明反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法就是在這樣的技術(shù)背景需求下，通過雙波束特性分析、波束長軸調(diào)整、天線整體旋轉(zhuǎn)等結(jié)合設(shè)計(jì)優(yōu)化工具，實(shí)現(xiàn)了滿足波束長軸方向接近正交的雙波束設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的不足，并與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法結(jié)合，滿足了各類波束關(guān)系的雙波束對(duì)象的完備設(shè)計(jì)。

本發(fā)明通過在設(shè)計(jì)步驟中創(chuàng)造性地引入了雙波束覆蓋區(qū)形狀特征分析環(huán)節(jié)，以制定針對(duì)性的初始波束獲取方式以及對(duì)應(yīng)天線結(jié)構(gòu)配置策略；在一般的應(yīng)用共軛場(chǎng)匹配理論尋找平面波激勵(lì)下反射面散射場(chǎng)聚焦點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用了聚焦點(diǎn)兩側(cè)饋源縱向移動(dòng)波束長軸方向旋轉(zhuǎn)的規(guī)律，進(jìn)行了波束覆蓋匹配性設(shè)計(jì)；通過結(jié)合饋源位置調(diào)整進(jìn)行沿軸向扭轉(zhuǎn)整個(gè)反射面天線系統(tǒng)，改善了雙波束的波束覆蓋匹配性和抑制區(qū)性能，進(jìn)而提高了優(yōu)化后雙波束覆蓋區(qū)的增益，并使本方法對(duì)地球同步衛(wèi)星對(duì)地波束不同覆蓋方式具有應(yīng)用普適性，同時(shí)增強(qiáng)了本方法應(yīng)用的靈活性。本發(fā)明根據(jù)波束形狀特征關(guān)系、天線布局等，并結(jié)合饋源位置調(diào)整波束形狀等設(shè)計(jì)原理，對(duì)雙波束設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)次序、參數(shù)選取準(zhǔn)則以及技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了說明，達(dá)到了提高雙波束兼容設(shè)計(jì)的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙波束覆蓋區(qū)增益的提高或改進(jìn)。

如圖1所示，為本發(fā)明反射面天線雙波束賦形設(shè)計(jì)方法的流程框圖，方法中采用了饋源軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化的設(shè)計(jì)，并結(jié)合主反射器旋轉(zhuǎn)改善了雙波束覆蓋區(qū)與目標(biāo)覆蓋區(qū)匹配性和波束抑制區(qū)性能，主要步驟為：

第一步，選擇初始賦形設(shè)計(jì)的波束：對(duì)于東天線設(shè)計(jì)，要先進(jìn)行兩個(gè)波束中偏西向波束的賦形設(shè)計(jì)，因?yàn)槿粝冗M(jìn)行偏東向波束(以星下點(diǎn)為東西向零點(diǎn))設(shè)計(jì)，偏西向波束所要求增加的饋源喇叭將易進(jìn)入視場(chǎng)，饋源喇叭產(chǎn)生對(duì)偏東向波束輻射場(chǎng)的遮擋，見圖2。對(duì)于西天線，則反之。

第二步，天線初始配置的確定：在確定天線初始結(jié)構(gòu)配置時(shí)，應(yīng)先對(duì)指標(biāo)中雙波束間的增益要求苛刻程度排序，并將反射面口徑法線方向指向優(yōu)先級(jí)更高的波束中心。

在單偏置反射面焦距的選擇中，除參照衛(wèi)星結(jié)構(gòu)布局外，還要根據(jù)饋源軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化的規(guī)律，考慮新增饋源將沿饋源軸向前移還是后撤，若是前移則要選擇較長的焦距，若是后撤，則應(yīng)根據(jù)天線安裝布局要求選擇合適的初始焦距，為后撤時(shí)增加新饋源預(yù)留安裝空間，并保證天線焦距值滿足XPD(Cross-Polarization Discrimination,交叉極化隔離度)性能的要求。

在單偏置反射面的偏置量選擇時(shí)，對(duì)于東天線，要實(shí)現(xiàn)對(duì)偏西向波束覆蓋區(qū)的照射，應(yīng)提高偏置量數(shù)值，以避免衛(wèi)星星體對(duì)輻射波束的遮擋，反之亦然。

如此完成天線結(jié)構(gòu)配置確定后，進(jìn)行單饋源照射反射面下單波束賦形優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得初步賦形波束1以及對(duì)應(yīng)的反射面初始形面A。

第三步，天線饋源位置的確定：在傳統(tǒng)共軛匹配場(chǎng)的基礎(chǔ)上，利用饋源在聚焦點(diǎn)軸向移動(dòng)引起的波束長軸方向發(fā)生變化，確定新增天線饋源的位置，必要時(shí)結(jié)合天線系統(tǒng)繞波束軸向旋轉(zhuǎn)改善波束覆蓋匹配，進(jìn)行饋源移動(dòng)波束軸向旋轉(zhuǎn)迭代設(shè)計(jì)，確定最終天線雙波束對(duì)應(yīng)的雙饋源位置。

設(shè)置來自新增波束(賦形波束2)覆蓋區(qū)域中心的平面波對(duì)反射面(含有初始形面A)進(jìn)行照射，并分析計(jì)算焦平面場(chǎng)分布，據(jù)此分析結(jié)果確定新增波束的饋源位置原點(diǎn)(即平面波激勵(lì)下的反射面散射場(chǎng)的聚焦點(diǎn))；分析該聚焦點(diǎn)Z向(靠近或遠(yuǎn)離反射面中心方向)兩側(cè)的饋源位置設(shè)置下的波束特征，其具有長軸方向正交特性，見圖3，饋源設(shè)置在焦點(diǎn)兩側(cè)獲得的對(duì)應(yīng)波束長軸方向近似垂直，而當(dāng)饋源位置處于焦點(diǎn)時(shí)，將獲得點(diǎn)波束，即波束長短軸長度接近，根據(jù)該特性確定新增波束饋源位置以及對(duì)應(yīng)的賦形波束2覆蓋要求的初始波束；若賦形波束2獲得的初始波束與目標(biāo)覆蓋區(qū)存在夾角，就可以通過繞該覆蓋區(qū)波束中心軸向旋轉(zhuǎn)整個(gè)反射面天線系統(tǒng)(含反射面與雙饋源)，使天線獲得的賦形波束2的初始波束與設(shè)計(jì)目標(biāo)匹配，旋轉(zhuǎn)方向選擇有利于保持波束間的長軸正交性的方向，同時(shí)由于反射面邊沿一般為超橢圓輪廓，旋轉(zhuǎn)反射面將移動(dòng)波束副瓣高電平區(qū)域，可以用來進(jìn)行波束抑制區(qū)性能改善；將整個(gè)天線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，這將導(dǎo)致賦形波束1繞賦形波束2中心軸線旋轉(zhuǎn)，偏離原覆蓋區(qū)位置，需要調(diào)整賦形波束1饋源位置使賦形波束1指回原覆蓋區(qū)；細(xì)微調(diào)整賦形波束1饋源、賦形波束2饋源位置使對(duì)應(yīng)的賦形波束1與賦形波束2形狀與設(shè)計(jì)目標(biāo)較為匹配。

第四步，饋源邊沿電平設(shè)置：前饋源較為靠近反射器，邊沿電平較高些(-10～-14dB為宜)；后饋源較為遠(yuǎn)離反射器，并且為了降低前饋源對(duì)視場(chǎng)遮擋的影響，邊沿電平應(yīng)低些為好(-18～-24dB為宜)。

第五步，雙波束性能聯(lián)合迭代優(yōu)化反射面形面：根據(jù)以上設(shè)計(jì)過程獲得了天線結(jié)構(gòu)配置以及相關(guān)參數(shù)設(shè)置后，以雙波束增益覆蓋要求為目標(biāo)建立雙波束賦形設(shè)計(jì)模型(在商用軟件TICRA POS中建立即可)，以初始形面A為初始值，通過應(yīng)用反射面形面迭代優(yōu)化算法及軟件(如商用軟件TICRA POS，算法MinMax算法)，通過多次迭代(一般可設(shè)置為100次)，即可獲得較為良好的雙波束覆蓋性能以及對(duì)應(yīng)的形面B。

在應(yīng)用本方法完成以上步驟實(shí)施后，則通過雙波束賦形設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)估、增加抑制區(qū)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化、殘余站值優(yōu)化等常用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成設(shè)計(jì)完善，具體如下：

在雙波束賦形設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)估中，以獨(dú)立天線設(shè)計(jì)結(jié)果為參考，評(píng)估雙波束賦形設(shè)計(jì)結(jié)果，若兩者差異較小(0.5dB以內(nèi))，則可以認(rèn)為通過應(yīng)用本方法達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。若雙波束賦形設(shè)計(jì)結(jié)果與獨(dú)立天線設(shè)計(jì)差距較大，則通過改變天線結(jié)構(gòu)配置，重復(fù)使用本方法進(jìn)行類似設(shè)計(jì)，直至完成雙波束賦形設(shè)計(jì)，并獲得更新后的反射面形面B。比如：初始焦距的選擇、反射面旋轉(zhuǎn)角度或方向的選擇等都會(huì)影響到使用該方法獲得的設(shè)計(jì)效果。

在增加抑制區(qū)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化環(huán)節(jié)，在應(yīng)用本方法完成的雙波束增益覆蓋賦形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，添加覆蓋區(qū)交叉極化要求以及抑制區(qū)要求，在雙波束賦形設(shè)計(jì)模型中完成性能優(yōu)化與提升工作，獲得反射面形面C。在步驟(四)中的整個(gè)天線繞天線Z軸(天線坐標(biāo)系的Z軸，即圖5中由反射面向外指的箭頭)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度，將有利于天線偏置面方向的抑制區(qū)分配，即天線波束方向圖沿在偏置面切面具有較好的波束滾降性能。

最后，在完成以上雙波束賦形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化中的殘余站值進(jìn)行分析，適當(dāng)調(diào)整覆蓋區(qū)內(nèi)各點(diǎn)目標(biāo)站值進(jìn)行優(yōu)化，提高覆蓋區(qū)內(nèi)的最小增益并增強(qiáng)波束與覆蓋區(qū)的匹配度。通過該末級(jí)完善設(shè)計(jì)，結(jié)束雙波束賦形設(shè)計(jì)工作，獲得最終反射面形面D。

實(shí)施例

對(duì)于地球同步通信衛(wèi)星的雙波束覆蓋應(yīng)用，其雙波束形狀特征不外乎“相近”與“相異”兩種關(guān)系，而受地球視場(chǎng)角度范圍限制，雙賦形波束覆蓋區(qū)的布局分為其中一個(gè)波束處于星下點(diǎn)區(qū)域、兩個(gè)波束均偏離星下點(diǎn)區(qū)域這兩種情況。對(duì)于前一種情況，方法中可能采用到的天線系統(tǒng)坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)將以指向星下點(diǎn)方向?yàn)檩S進(jìn)行，而對(duì)于后一種情況，反射面指向其中的一個(gè)波束中心，且天線系統(tǒng)坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)將以該波束中心為軸線進(jìn)行。

這里以圖4中的雙波束覆蓋圖為實(shí)例按照本發(fā)明內(nèi)容，采用圖5中天線結(jié)構(gòu)配置進(jìn)行本方法實(shí)施說明。

第一步：發(fā)現(xiàn)雙波束覆蓋中的KA波束與SE波束的長軸正交，屬于相異關(guān)系。若兩個(gè)波束間長軸近似平行則可以采用傳統(tǒng)多波束天線設(shè)計(jì)方法，通過饋源焦平面橫向排列獲得兩個(gè)長軸近似平行的初始波束覆蓋，若為一個(gè)寬賦形波束一個(gè)點(diǎn)波束則可采用傳統(tǒng)的共軛場(chǎng)匹配法，所以該雙波束(KA、SE波束)需要采用新的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行波束賦形設(shè)計(jì)。

第二步：將雙波束(KA、SE波束)性能要求分解為兩幅獨(dú)立KA天線與SE天線的波束性能要求，每幅天線與原反射面口徑尺寸(本實(shí)例中為2米)相同、結(jié)構(gòu)配置近似(本實(shí)例中為單偏置)，分別進(jìn)行賦形設(shè)計(jì)，獲得兩幅獨(dú)立天線設(shè)計(jì)的增益極限值。

第三步：本實(shí)例中該雙波束天線設(shè)計(jì)為東天線設(shè)計(jì)，所以選擇KA波束作為初始賦形設(shè)計(jì)任務(wù)。

這里的東天線與西天線指分別安裝在衛(wèi)星東西墻板的反射面天線。

KA波束與SE波束為圖4中典型實(shí)例的波束定義。

第四步：在實(shí)例中，SE波束覆蓋區(qū)增益要求更高，且對(duì)SE波束的性能更為關(guān)注，所以將初始單偏置反射面坐標(biāo)系Z向指向SE波束中心。為了使SE波束長軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，必須使饋源向正Z方向(饋源坐標(biāo)系的Z軸，即饋源整體向前推)移動(dòng)。這樣，在初始焦距的確定時(shí)，盡量選擇長焦配置，有利于提高天線XPD性能，并為饋源向正Z方向移動(dòng)提高了位置空間。偏置反射面的偏置量選擇時(shí)應(yīng)增大偏置量數(shù)值，以避免衛(wèi)星星體對(duì)輻射波束的遮擋。

由于反射面坐標(biāo)系Z向指向SE波束中心，需要移動(dòng)KA饋源產(chǎn)生對(duì)KA波束覆蓋區(qū)的初始照射波束；完成對(duì)KA波束的獨(dú)立反射面賦形設(shè)計(jì)產(chǎn)生賦形形面A。

第五步：設(shè)置來自SE區(qū)域中心的平面波對(duì)反射面(含有初始形面A)進(jìn)行照射，并分析計(jì)算焦平面場(chǎng)分布，據(jù)此分析結(jié)果確定SE波束的饋源位置原點(diǎn)(即平面波激勵(lì)下的反射面散射場(chǎng)的聚焦點(diǎn))；分析該聚焦點(diǎn)Z向兩側(cè)的饋源位置設(shè)置下的波束特征，其具有長軸方向正交特性，根據(jù)該特性確定SE饋源位置以及對(duì)應(yīng)的SE初始波束；由于SE波束處于星下點(diǎn)位置附近，就可以通過旋轉(zhuǎn)將整個(gè)反射面天線系統(tǒng)(含反射面與KA饋源、SE饋源)繞天線Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使天線獲得的SE初始波束與設(shè)計(jì)目標(biāo)匹配，旋轉(zhuǎn)方向選擇有利于保持波束間的長軸正交性的方向，在本天線中選擇左向旋轉(zhuǎn)；將整個(gè)天線繞天線Z軸進(jìn)行左向旋轉(zhuǎn)，這將導(dǎo)致原KA波束繞地球視場(chǎng)中心軸線旋轉(zhuǎn)，偏離原覆蓋區(qū)位置，需要調(diào)整KA饋源位置使KA波束指回原覆蓋區(qū)；細(xì)微調(diào)整KA饋源、SE饋源位置使對(duì)應(yīng)的KA波束與SE波束形狀與設(shè)計(jì)目標(biāo)較為匹配。整個(gè)饋源位置確定與天線配置調(diào)整的實(shí)施過程見圖6中的(a)(b)(c)(d)(e)(f)。

第六步：根據(jù)饋源Z向移動(dòng)關(guān)系，SE波束對(duì)應(yīng)饋源(稱為SE饋源)將較為靠近反射器，所以設(shè)置SE饋源的邊沿電平為-13dB@16°，KA波束對(duì)應(yīng)饋源(稱為KA饋源)的邊沿電平為-23dB@16°。

第七步：根據(jù)以上得到的含有兩幅饋源的單偏置反射面天線結(jié)構(gòu)，建立雙波束賦形設(shè)計(jì)模型，以初始形面A為初始值進(jìn)行雙波束性能聯(lián)合迭代優(yōu)化反射面形面，獲得了較為良好的雙波束覆蓋性能以及反射面賦形形面B。

第八步：將雙波束賦形設(shè)計(jì)結(jié)果與步驟(二)中完成的獨(dú)立天線設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者差異較小(0.5dB以內(nèi))，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

第九步：增加抑制區(qū)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化：在完成步驟(七)的雙波束增益覆蓋賦形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，添加覆蓋區(qū)交叉極化要求以及抑制區(qū)要求(見圖7)，以步驟(七)獲得的反射面形面數(shù)據(jù)(賦形形面B)為初始形面在雙波束賦形設(shè)計(jì)模型中完成性能優(yōu)化與提升工作，獲得反射面形面C。在步驟(五)中的整個(gè)天線繞天線Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度，將有利于天線偏置面方向的抑制區(qū)分配，即天線波束方向圖沿在偏置面切面具有較好的波束滾降性能。

第十步：殘余站值優(yōu)化和設(shè)計(jì)完善：在完成以上雙波束賦形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化中的殘余站值進(jìn)行分析，適當(dāng)調(diào)整覆蓋區(qū)內(nèi)各點(diǎn)目標(biāo)站值進(jìn)行優(yōu)化，提高覆蓋區(qū)內(nèi)的最小增益并增強(qiáng)波束與覆蓋區(qū)的匹配度。通過該末級(jí)完善設(shè)計(jì)，結(jié)束雙波束賦形設(shè)計(jì)工作，獲得了雙波束性能覆蓋見圖4，以及最終反射面形面D，通過雙饋源照射一副反射面進(jìn)行雙波束賦形設(shè)計(jì)，在一副反射面天線中實(shí)現(xiàn)了波束長軸方向基本垂直的兩個(gè)波束的兼容，并滿足了工程應(yīng)用要求。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。