專利名稱：具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中的一種具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法，本方法制造的天線特別適用于衛(wèi)星通信、衛(wèi)星偵收、微波通信、一點對多點通信和衛(wèi)星電視接收等領(lǐng)域的多波束應(yīng)用。
隨著衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展，同步軌道上的衛(wèi)星越來越多，相鄰衛(wèi)星間隔正由3°向2°發(fā)展。利用一個地球站產(chǎn)生多個波束，同時利用多個衛(wèi)星進行通信的要求越來越迫切?？僧a(chǎn)生多波束的天線類型有(1)相控陣天線，它利用波束形成網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生多波束，由于波束形成網(wǎng)絡(luò)的插入損耗大，成本高，維修費用大，不適于衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用，多用于雷達領(lǐng)域；(2)球面天線，它利用在球面半徑R的一半附近放置饋源可產(chǎn)生平行于R方向波束的原理形成多波束，但散焦特性嚴重、增益低和旁瓣特性差，也不適于衛(wèi)星通信；(3)多反射面天線，它雖然可形成多波束，但波束個數(shù)少，體積龐大，成本高，加工困難，也不是多波束天線的最佳方案；(4)前饋式偏焦多饋源拋物面天線，它利用幾個橫偏焦放置的饋源產(chǎn)生多波束，但它由于偏焦，散焦特性嚴重，各個波束增益不相等、旁瓣性差，也不適于衛(wèi)星通信應(yīng)用；(5)雙賦形偏置卡塞侖天線，它同樣也是利用橫偏焦點的饋源系統(tǒng)形成多波束，同樣由于天線效率低、特別是寬角波束與軸向波束增益差別很大，也不適于衛(wèi)星通信。
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種各個波束增益和旁瓣結(jié)構(gòu)相同、波束個數(shù)多、天線效率高、旁瓣性能好的具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法，本發(fā)明還具有成本低、每個波束對主面復(fù)用率可達70％、結(jié)構(gòu)簡單和便于安裝調(diào)整等<claim>1.一種包括一具有發(fā)光區(qū)并被置于陽極與陰極之間的有機層的有機埸致發(fā)光器件，所說的有機層包含作為主要組分的有機材料，所說的有機材料通過施加電流而能夠產(chǎn)生發(fā)光，其中所說的有機層含有作為有機發(fā)光材料的由下列通式(1)或(3)代表的聯(lián)苯乙烯基化合物通式(1)為
其中R1、R2、R3和R4分別可以是相同或不同的基，并且獨立地代表下列通式(2)的芳基，通式(2)
其中R19、R20、R21、R22和R23分別可以是相同或不同的基，并且代表氫原子(條件是它們中至少有一個為飽和或不飽和的烷氧基)、烷基、氨基或烷氨基，并且R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17和R18可以是相同或不同的基，條件是它們中至少有一個代表氰基、硝基或鹵原子，通式(3)為
叉極化性能好。
2.附加相位校正副面，克服了嚴重的散焦現(xiàn)象，使拋物環(huán)面天線的應(yīng)用克服了
的限制，大大擴大了應(yīng)用范圍，開辟了更廣闊的應(yīng)用前景。
3.按本發(fā)明方法制造的天線，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于加工，成本低廉，便于安裝、調(diào)整和維護，每個波束對天線面的復(fù)用率可達70％，可用于多種通信領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
圖1是本發(fā)明的實施例原理圖。
圖2是本發(fā)明附加相位校正副面賦形的原理圖。
圖3是本發(fā)明低交叉極化條件的原理圖。
參照圖1、圖2、圖3，本發(fā)明圖1中M是一拋物線，z軸是其焦軸，F(xiàn)是其焦點，x、y、z三軸構(gòu)成正交坐標軸系，o是其原點，xoy平面是等光程條件的參考平面，V是拋物線M的頂點，
是焦點F繞z′軸旋轉(zhuǎn)形成的錐弧，f是拋物線M的焦距，H為拋物線下緣的凈距，D為拋物環(huán)面天線的豎直口徑，x′、y′、z′三軸也是以o點為原點的正交坐標軸系，其中y′軸與y軸重合，z′軸與x軸夾為α，z′軸是拋物環(huán)面天線的生成軸，x′軸與z軸夾角為π-α，α是拋物環(huán)面天線主面1的生成角，R為拋物線M的頂點V到z′軸的垂距。
拋物線M繞與其焦軸z成
的軸z′旋轉(zhuǎn)，便形成拋物環(huán)面天線主面1，因此拋物線M也稱為母線，拋物線M繞z′軸旋轉(zhuǎn)時，其焦點F也繞z′軸旋轉(zhuǎn)，形成錐弧
，在錐弧
上分別放置N(2≤N≤30)個饋源，用以照射拋物環(huán)面天線主面1，便形成N個波束，一個饋源對應(yīng)一個波束，N個饋源對應(yīng)N個波束，N≤30，本發(fā)明最多可形成30個束，之所以說在
上的N個合適的位置，系指兩相鄰饋源不能相碰，并且之間要留有跟蹤時的移動間隔。錐弧
上的任何點都是等價位的，即任何點放置相同的饋源所形成的波束增益和旁瓣都是相同的。放在焦點F的饋源所形成的波束方向沿z軸方向，它與z′軸成
角，當(dāng)F旋轉(zhuǎn)時，該波束方向?qū)⒗@z′軸在與z′軸成
的錐面上旋轉(zhuǎn)，也就是說各個波束方向均位于與z′軸成
角的錐面上，如果所使用的衛(wèi)星群也落于該錐面上，就可實現(xiàn)利用一個拋物環(huán)面天線形成多個波束同時對多個衛(wèi)星進行通信。
本發(fā)明拋物環(huán)面天線主面1的拋物環(huán)面生成角α，不但直接確定了拋物環(huán)面天線主面1的形狀，而且也表征了所使用的衛(wèi)星群落于與z′軸成
角的錐面上的精度，是一個重要參數(shù)，根據(jù)拋物環(huán)面天線的主面1站址經(jīng)緯度和所使用衛(wèi)星群占據(jù)的同步軌道的弧度范圍計算，本發(fā)明采用兩種方法求解α。
第一種方法是三衛(wèi)星法利用所使用的衛(wèi)星群二邊端衛(wèi)星及中間衛(wèi)星三顆衛(wèi)星星下點的經(jīng)度及地球站的經(jīng)、緯度，求出三個簡單的代數(shù)方程，解出α，三衛(wèi)星法求解方程如下cosEisinγsin(Ai-θz)+sinEicosγ＝-sinα(i＝1，2，3) (1)式中
式(2)中RS—同步軌道的半徑RE—地球半徑σE—地球站站址點的緯度E—地球站站址點的經(jīng)度ψEi＝cos-1[cosσEcos(i-E)](3)式(3)中i-第i顆衛(wèi)星星下點的經(jīng)度式(1)中，Ei和Ai為已知數(shù)，可由地球站站址經(jīng)緯度E、σE和衛(wèi)星星下點的經(jīng)度i求出，γ、θz、α為未知數(shù)，將三顆衛(wèi)星的參數(shù)代入式(1)，可建立以γ、θz、α為變量的三個方程，聯(lián)立求解可解出α、γ、θz的值。
第二種方法是最小二乘法利用復(fù)雜的四次坐標變換，再利用最小二乘法導(dǎo)出三個積分方程，從中解出α，最小二乘法求解α的過程如下
-Ksinθυsin(S-ФW)-sinθEsintcosυcos(E-ФW)+sinθEsinυsin(E-ΦW)-cosθEcostcosυ] (4)式(4)中θE=π2-σE]]>
1-衛(wèi)星群中的第一顆星的星下點經(jīng)度N-衛(wèi)星群中的最后一個星的星下點經(jīng)度利用最小二乘法求出在1～N的同步軌道弧上與G之差平方值為最小的GS，即找出與上述軌道接近的圓錐面，也就是求出與上述可變α值偏差最小的常數(shù)α值——拋物環(huán)面天線面的生成角，為此定義下面積分
當(dāng)GS＝G時，衛(wèi)星正好落在天線掃描圓錐面上，為了使式(5)積分值I最小，由最小二乘法可得
由式(6)所得出的三個積分方程的聯(lián)立方程，解出GS、t和ν，由GS可得α=cos-1GS-π2----(7)]]>本發(fā)明附加相位校正副面2的賦形方法如圖2所示。圖2中F為拋物線M的焦點，z為M的焦軸，x、y、z為以o點為原點的直角坐標軸系，xoy平面表示等光程參考平面，P為xoy平面上的點，F(xiàn)S(x0，o，z0)是饋源的相位中心，M(x，y，z)是主面1上的點，S(xs，ys，zs)為副面2上的點，c是主面1上的點M(x，y，z)與副面2上的點S(xs，ys，zs)之間的距離。
相位校正副面2的賦形方法A、等光程條件等光程條件可概述為，由饋源相位中心FS(x0，o，z0)發(fā)出的射線到達副面2上的點S(xs，ys，zs)，經(jīng)反射到達主面1上的點M(x，y，z)，再經(jīng)主面1反射沿z方向到達xoy平面上的點P，所經(jīng)歷的光程長度為常數(shù)，等光程方程為rs+c-z＝cK(8)式(8)中，rs為饋源相位中心FS(x0，o，z0)與副面(2)上的點S(xs，ys，zs)之間的距離，-z為主面1上的點M(x，y，z)到xoy平面上的點P的距離。rS=(xS-x0)2+yS2+(zS-z0)2----(9)]]>c=(x-xS)2+(y-yS)2+(z-zS)2---(10)]]>式(8)中cK為等光程常數(shù)，cK=2c1e+f+R/cosα----(11)]]>式(11)中，2c1＝FSF，在xoz平面，副面2的曲線為橢圓線，e為其離心率。R是拋物線M的頂點V到z′軸的垂距，α是主面1的生成角。
B、低交叉極化條件本發(fā)明關(guān)于低交叉極化實現(xiàn)方法如圖3所示，圖3中，F(xiàn)為拋物線M的焦點，D是拋物環(huán)面天線主面1的豎直口徑，H為主面1下緣的凈距，F(xiàn)S是饋源的相位中心，DS是副面在xoz平面內(nèi)的直徑，β0是FSF與Z軸夾角，Ф0是饋源波束中心與FSF的夾角，β是主面下緣的凈距角，Ф*是副面2邊緣對FS的半張角，θ*是主面邊緣對F的半張角，θ0是副面2反射波束中心負z軸的夾角。
拋物環(huán)面天線，為避免饋源系統(tǒng)對主面1的遮擋，采用上偏置結(jié)構(gòu)，因此在xoz平面內(nèi)，拋物線段關(guān)于焦軸z是不對稱的，這種不對稱必然會引起交叉極化提升，在附加相位校正副面2時，采用下偏置結(jié)構(gòu)，合理配置副面2的下偏置狀態(tài)，使副面2產(chǎn)生的交叉極化與主面1產(chǎn)生的交叉極化相互抵消，實現(xiàn)對稱轉(zhuǎn)換，對稱轉(zhuǎn)換公式，即副面2下偏置合理配置公式為tgΦ0=(1-e2)sinβ0(1+e2)cosβ-2e---(11)]]>由下述聯(lián)立方程可解出β0和e
C、副面2的最小尺寸大于5個波長的條件幾何繞射理論表明，副面2尺寸小于5個波長，副面2邊緣的繞射變得嚴重，副面2尺寸大于5個波長，副面邊緣的繞射雖然有影響，但不嚴重。
D、擴大每個波束對主面1的橫向復(fù)用面積的條件在附加相位校正副面2時，采用CAD方法，進行合理優(yōu)化，使每個波束對主面1的橫向復(fù)用面積擴大，從而使方位面的波束寬度窄，使波束增益提高，每個波束對天線面的復(fù)用率可達70％。
E、方位面跟蹤時相鄰相位校正副面不碰撞條件多波束拋物環(huán)面天線，每個波束對目標進行跟蹤時，是通過移動形成該波束的饋源系統(tǒng)來實現(xiàn)的，而主面1保持不動。對于不加相位校正副面的拋物環(huán)面天線，因為饋源系統(tǒng)只是一個喇叭，尺寸小，所以兩相鄰喇叭不會碰撞，但對于
的拋物環(huán)面天線，為克服嚴重的散焦現(xiàn)象，必須附加相位校正副面2，一般副面2的橫向尺寸比喇叭大得多。尤其是同步軌道上的相鄰衛(wèi)星的間隔為2°時，相鄰兩副面的間隔更為苛刻，因此要精心進行優(yōu)化設(shè)計使相鄰兩副面2跟蹤時不相碰，這是結(jié)構(gòu)上的要求。
本發(fā)明相位校正副面2賦形方程如下
式(13)中c=12(x-x0)2+y2+(z-z0)2-(ck+z)2mx(x-x0)+myy+mx(z-z0)-(ck+z)---(14)]]>
式(15)中，nx，ny，nz是主面1上的點(x，y，z)的單位法線矢量的x，y，z分量，mx，my，mz是由副面2上的點s(xs，ys，zs)到主面1上的點M(x，y，z)射線矢量的單位矢量的x，y，z分量，由此計算結(jié)果可確定副面2的形狀。
根據(jù)上面對相位校正副面賦形施加的五個約束條件，實施例設(shè)計和制作了6.2×10米2的附加相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線，在Ku波段有12個波束，副面2最小尺寸在f＝10.95GHz為6個波長，實測結(jié)果表明，附加相位校正副面2后比不加相位校正副面，波束效率提高了2.9dB，天線的波束效率垂直極化為76％，水平極化為80％，交叉極化隔離度在主波束1dB波束寬度內(nèi)優(yōu)于41dB，相鄰波束隔離度優(yōu)于39dB，并實現(xiàn)了同步軌道上的相鄰衛(wèi)星間隔為2°時，方位跟蹤兩相鄰副面不相撞的目標，實測結(jié)果表明12個波束的方位面波束寬度為俯仰面波束寬度的0.85倍，即降低了方位面的波束寬度，從而提高了波束效率。
權(quán)利要求
1.一種具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法，包括步驟一母線拋物線M繞與其焦軸z成
角的軸z′旋轉(zhuǎn)構(gòu)成拋物環(huán)面天線的主面(1)，拋物線M繞軸z′旋轉(zhuǎn)時，其焦點F也繞軸z′旋轉(zhuǎn)，形成錐弧
，在錐弧
上的N個點放置N(2≤N≤30)個饋源照射主面(1)，對應(yīng)每個饋源，都形成一個獨立可控的波束，N個饋源形成N個波束，當(dāng)
時，饋源是前饋喇叭，當(dāng)
時，饋源是由波紋喇叭和相位校正副面構(gòu)成的饋源系統(tǒng)，N個波束方向都位于與z′軸成
角的錐面上，每個波束對目標的跟蹤是通過移動形成該波束的饋源，主面(1)保持不動，其特征在于包括以下步驟a.由拋物環(huán)面天線的主面(1)站址的經(jīng)、緯度和N個波束通信目標的地理位置或方向確定拋物環(huán)面天線的主面(1)拋物環(huán)面生成角α；b.根據(jù)相位校正副面(2)賦形的等光程、低交叉極化、相位校正副面(2)最小尺寸大于5個波長、擴大每個波束對主面(1)橫向復(fù)用面積、相鄰相位校正副面(2)不相碰撞5個條件，并利用相位校正副面賦形公式計算和確定相位校正副面(2)的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法，其特征在于拋物環(huán)面生成角α的計算方法采用三衛(wèi)星法或最小二乘法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有相位校正副面的多波束拋物環(huán)面天線制造方法。它包括:拋物環(huán)面天線生成角α的確定,對D/λ>200的拋物環(huán)面天線,為克服嚴重散焦現(xiàn)象,所提出的附加相位校正副面的方法及副面賦形的五個約束條件;等光程、低交叉極化、副面最小尺寸大于5個波長,擴大每個波束對主面的橫向復(fù)用面積,跟蹤時相鄰副面不碰撞。本發(fā)明方法制造的天線波束多、效率高、旁瓣低、交叉極化低。
文檔編號H01Q15/16GK1248077SQ9912016
公開日2000年3月22日 申請日期1999年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月7日
發(fā)明者楊可忠, 曹勝旭, 武玉庭, 金超, 杜彪, 章園園 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第五十四研究所