偏置反射面天线的机电耦合建模与分析

　　偏置反射面天线广泛应用于中、低轨移动通信卫星以及搜索、侦察等各种雷达中。由于高频段、低副瓣、轻重量等实际需求，对偏置反射面天线的结构设计以及工艺提出了更高的要求。此外，由于偏置反射面天线的支杆支撑馈源来避开对反射面的遮挡这一结构上的特殊性，如所示，有必要专门建立偏置反射面天线的机电耦合模型，通过数值计算得到影响天线电性能的主要结构因素，并将结果应用于实际天线的制造过程中，调整结构参数，使得天线的力学性能与电性能达到综合*优，从而有效地降低制造难度并节约制造成本。

　　（a）偏置卡氏反射面天线（b）偏置双反射面天线偏置反射面天线自上世纪60年代以来，随机误差和系统误差对圆抛物面天线电性能的影响方面已经有了大量的研究。通过建立天线的机电耦合模型对存在随机误差和系统误差的7.3m以及40m口径天线电性能进行了分析。

　　考虑了圆抛物面天线反射面的系统误差和随机误差，给出了天线机电耦合模型并应用于实际的天线中进行验证。就天线反射面表面与馈源误差对反射面天线对天线方向图的影响做了研究。将机电耦合模型应用于不同天线，通过结构上的优化对天线电性能进行补偿。

　　上述的研究工作，仍存在一些不足。对于圆抛物面天线已经进行了大量的研究，建立了机电耦合模型并解决了结构因素对电性能影响的问题，但是由于偏置抛物面天线在结构上与圆抛物面天线相比有其特殊性，因此有必要专门建立偏置抛物面天线的机电耦合模型，并对不同结构因素对天线电性能的影响进行分析。

　　影响偏置反射面天线电性能的结构因素主要包括反射面误差和馈源误差两个方面。反射面误差包括由外载荷，如风、振动、太阳照射等因素导致的表面变形系统误差，以及背架和面板在制造、装配过程中产生的反射面随机误差；由载荷引起的馈源误差，包括位置偏移和姿态偏转。本文针对反射面误差和馈源误差这两种结构因素，给出了偏置反射面天线的机电耦合模型，同时利用X波段的星载偏置反射面天线，将电磁分析软件FEKO的仿真结果与机电耦合分析结果进行对比，结果证明偏置反射面天线的机电耦合模型能够有效分析不同结构因素对天线电性能的影响。

　　1机电耦合模型1.1偏置反射面天线几何模型偏置反射面天线基本几何关系如所示，其中S为反射面；/为焦距；馈源偏焦角度；面为等相位口径面d所在平面。分析过程中主要用到两个坐标系，坐标系x0，y0，z0为母抛物面坐标系，相应的球坐标系分量为r0，（，相应的x0oy0平面坐标为p；x，y，z坐标系用于计算天线远区辐射场，相应的球坐标系为r，Q，小。

　　偏置反射面天线结构示意。2变形反射面天线的辐射场由于反射面位于馈源的远区，因此在主反射面误差在主反射面结构误差较小时，对于口径面电磁场几乎没有影响，可以忽略，但是会对相位误差产生影响。对主反射面误差的表示一般有3种方法，即以z轴为基准的轴向误差表示法、以主反射面径向射线为基准的径向误差表示法和以y轴为基准的法向误差表示法，本文采用的是轴向误差表示法，反射面轴向误差如所示。

　　由的几何关系可知，天线主反射面存在误差时的波程差为由此可得主反射面误差影响下的口径面相位误差为由〔脊〕=⑷将此相位误差信息引入到电磁场中，应用口径场法，可得反射面误差对偏置反射面天线电性能影响的数学模型为1.4机电耦合模型综合前文所述，温度、自重和风等外部载荷以及天线在制造、装配时所产生的随机误差所引起的主反射面变形AZ，馈源位置偏移和馈源指向偏转A（（（yff））、A（（yff）），这*终导造成天线电性能的下降。综合考虑随机误差Azr、主反射面的系统误差、馈源位置偏移和馈源指向偏转，可建立偏置抛物面天线的机电两场耦合模型为1432-1435.（王从思，段宝岩。反射面天线机电场耦合关系式及其应用。电子学报，2009，31（6）：1269-1274.（宋立伟，段宝岩，郑飞。反射面表面与馈源误差对天线方向图的影响。系统工程与电子技术，2009，31（6）：（宋立伟。天线结构位移场与电磁场耦合建模及分析研究。西安：西安电子科技大学，2011.）2010，38（6）：1377-1382.（李鹏，郑飞，段宝岩。考虑馈源位置误差的面天线机电耦合优化设计。电子学报，2011.33（5）：996-1000.（冷国俊，王伟，段宝岩，等。赋形卡氏天线主面变形的副面实时补偿。系统工程与电子技术，SciencePress，2011.（段宝岩。电子装备机电耦合理论、方法及应用。北京：科学出王从思（1980-），男，教授，博士，主要研究方向为电子装备机电耦合、天线机电热耦合设计。

　　李兆（1989-），通讯作者，男，主要研究方向为天线机电耦合技术。

　　康明魁（1988-），男，博士研究生，主要研究方向为天线机电耦合技术。

　　徐慧娟（1985-），女，硕士研究生主要研究方向为天线机电耦合技术。

　　向为天线结构因素影响机理。

　　普涛（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向为阵列天线机电耦合。

　　宋正梅（1988-），女，硕士研究生主要研究方向为相控阵天线冷板散热优化技术。

　　李江江（1988-），男，硕士研究生主要研究方向为反射面天线电性能补偿技术。