基于NURBS建模的反射面天线赋形与优化

发布时间：2017-06-11 03:03

  本文关键词：基于NURBS建模的反射面天线赋形与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：反射面天线在雷达、导航、射电天文、卫星通信及气象预报等领域中有着广泛的应用,为了获得高增益或使天线波束满足一些特殊的要求,需要对反射面天线进行一些赋形设计。本文利用非均匀有理B样条(NURBS)建模技术对反射面天线进行赋形和优化设计,主要内容和成果可以概括如下：首先介绍了NURBS曲线和NURBS曲面的基本概念和性质,并对NURBS曲线和NURBS曲面的形变控制做了分析。然后介绍了用于优化设计的蝙蝠算法,蝙蝠算法在NUBRS曲面拟合和反射面天线的赋形与优化过程中都有很大作用。通过改变控制点坐标的方法,使用NURBS曲面对反射面天线进行了拟合。然后,介绍了反射面天线的两种分析计算方法：物理光学法(PO),多层快速多极子算法(MLFMA)。在优化设计反射面天线的过程中,为了加速物理光学法的计算速度,本文又引入了图形处理器(GPU)协助运算,显著提高了计算速度。反射面天线通过蝙蝠算法优化天线方向图,使其覆盖特定的区域。再次,通过切割主反射面的方法得到一个椭圆口径的环焦天线。使用NURBS曲面分别拟合环焦天线的两个反射面,利用空间映射算法对环焦天线的主副反射面进行赋形,分别优化天线的主增益、第一旁瓣和方位远旁瓣,使天线满足设计指标。最后,对传统双偏置卡塞格伦天线进行改进,将副反射面改为平面,使多波束馈源指向角差距减小。再通过优化各波束的路径误差,减小边缘波束与中心波束的增益差距,使多波束对5度范围内的区域无缝覆盖。
【关键词】：赋形反射面天线 NURBS曲面 蝙蝠算法 波束赋形
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN823.27
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 本文研究背景和意义7-8
• 1.2 国内外发展现状8-10
• 1.2.1 基于NURBS曲面的电磁计算8
• 1.2.2 赋形反射面天线8-10
• 1.3 本文的主要内容及文章结构10-11
• 2 NURBS建模及形变控制11-21
• 2.1 NURBS曲线12-17
• 2.1.1 B样条基函数12-13
• 2.1.2 NURBS曲线13-16
• 2.1.3 NURBS曲线的形变控制16-17
• 2.2 NURBS曲面17-20
• 2.2.1 NURBS曲面17-18
• 2.2.2 NURBS曲面的形变控制18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 正馈单反射面天线计算方法与波束赋形21-40
• 3.1 反射面天线方向图计算方法21-26
• 3.1.1 物理光学法21-23
• 3.1.2 多层快速多极子方法23-25
• 3.1.3 正馈单反射面天线方向图PO与MLFMA对比25-26
• 3.2 NURBS曲面通过蝙蝠算法拟合反射面26-31
• 3.2.1 蝙蝠算法的描述及基本流程26-29
• 3.2.2 NURBS曲面抛物面天线29-31
• 3.3 GPU加速物理光学法31-37
• 3.3.1 单GPU加速物理光学法32-34
• 3.3.2 双GPU加速方法34-36
• 3.3.3 算例分析36-37
• 3.4 方形区域方向图的赋形设计37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 椭圆口径环焦天线性能优化40-61
• 4.1 初始环焦天线的设计40-49
• 4.1.1 初始圆口径环焦天线41-43
• 4.1.2 切割椭圆口径天线43-44
• 4.1.3 椭圆口径的反射面表示方法44-46
• 4.1.4 切割后环焦天线方向图46-49
• 4.2 优化椭圆口径环焦天线的主增益49-51
• 4.3 优化主增益和第一旁瓣51-53
• 4.4 利用空间映射算法优化椭圆口径环焦天线方位远旁瓣53-60
• 4.4.1 空间映射算法基本概念54-55
• 4.4.2 优化椭圆口径环焦天线方位远旁瓣55-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 多波束双偏置卡氏天线的设计与优化61-84
• 5.1 传统双偏置卡塞格伦天线62-63
• 5.2 射线寻迹方法63-71
• 5.2.1 射线寻迹方法确定馈源位置63-65
• 5.2.2 副反射面大小的确定65-68
• 5.2.3 射线寻迹后的卡塞格伦天线性能68-70
• 5.2.4 传统卡塞格论天线馈源指向角度的问题70-71
• 5.3 副反射面改为平面的卡氏天线71-83
• 5.3.1 改变副反射面后馈源指向71-74
• 5.3.2 适应值函数的选取74-75
• 5.3.3 反射面天线的NURBS表示75-76
• 5.3.4 一维方向优化76-78
• 5.3.5 二维方向优化78-83
• 5.4 本章小结83-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 后续工作和研究展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90

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