一種網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量的確定方法，屬于星載微波技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] (1)隨著下一代收發(fā)共用通信衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，更高傳輸功率與更多通道數(shù)成為 必然的發(fā)展趨勢。而對于高功率收發(fā)共用天線而言，極易發(fā)生無源互調(diào)問題，成為限制其可 靠性的基礎(chǔ)性技術(shù)難題。無源互調(diào)（Passive-Intermodulation,簡稱PIM)是指在大功率 條件下，當(dāng)輸入兩個或者兩個以上載波時，由于微波無源部件的非線性導(dǎo)致載波信號相互 調(diào)制，產(chǎn)生載波頻率的組合產(chǎn)物落入接收通帶內(nèi)造成干擾的現(xiàn)象。
[0003] 申請人在進行專利撰寫前利用多種檢索策略和數(shù)據(jù)庫進行了相關(guān)的檢索，發(fā)現(xiàn)以 下文獻(xiàn)比較相似：
[0004] 涉及到網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)數(shù)值模擬方法或者仿真方法的文獻(xiàn)有：《Passive IntermodulationonLargeReflectorAntennas)),PiefroBolli,StefanSelleri,and GiuseppePelosi，《DevelopmentofLowPIM,ZeroCTEMeshforDeployable CommunicationsAntennas》，WilliamD.Wade，《非線性結(jié)構(gòu)無源互調(diào)分析的等效電路法》， 王佩、李團結(jié)等，這些文獻(xiàn)均將網(wǎng)狀反射面天線等效為金屬條帶，通過解析計算得到空間場 分布，誤差較大，不能計算電大尺寸網(wǎng)狀反射面天線實際電磁場分布，更不能用于電大尺寸 網(wǎng)狀反射面無源互調(diào)分析，與本發(fā)明存在本質(zhì)不同。
[0005] 另外，還檢索到國際專利《DEPLOYABLESATELLITEREFLECTORWITHALOWPASSIVE INTERMODULATIONDESIGN》（專利號：US2013/0141307A1)涉及低無源互調(diào)金屬反射面天 線設(shè)計方法，通過改變金屬肋條材料的方法降低金屬反射面無源互調(diào)，但是該專利并未涉 及到互調(diào)量如何確定，尤其不涉及確定網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量的方法；
[0006] 另外另查閱到數(shù)篇無源互調(diào)數(shù)值模擬與仿真的論文，分別涉及不同物理結(jié)構(gòu)微波 部件無源互調(diào)分析方法，例如微帶結(jié)構(gòu)、微波腔體部件無源互調(diào)分析方法，均未涉及如何確 定網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種網(wǎng)狀反射面天線無 源互調(diào)量的確定方法，本發(fā)明解決了電大尺寸網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量無法通過計算分 析獲得的技術(shù)難題。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0009] 一種網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量的確定方法，包括步驟如下：
[0010] (1)建立網(wǎng)狀反射面天線等效模型：根據(jù)網(wǎng)狀反射面天線實際物理結(jié)構(gòu)將由金屬 絲搭接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反射面等效為全金屬填充反射面，即建立網(wǎng)狀反射面天線等效固面天線 模型，并根據(jù)網(wǎng)狀反射面天線實際饋源結(jié)構(gòu)建立等效固面天線模型的饋源模型，根據(jù)等效 固面天線模型與饋源模型建立網(wǎng)狀反射面天線等效模型；等效固面天線模型為與網(wǎng)狀反射 面實際物理結(jié)構(gòu)有相同形面和拼接方式的金屬面；
[0011] (2)對步驟（1)中的網(wǎng)狀反射面天線等效模型分別加載n路載波信號，將網(wǎng)狀反射 面天線等效模型劃分成若干個小網(wǎng)格，并求出n路載波分別饋入時等效固面天線模型上每 一個三維坐標(biāo)點處的面電流分布Ji(X，y,z)，i= 1，. ..，n;
[0012] (3)根據(jù)網(wǎng)狀反射面金屬絲搭接處的金屬絲導(dǎo)體電阻率、金屬絲半徑和載波頻 率確定網(wǎng)狀反射面天線任意金屬絲搭接處P(x，y，z)的接觸電阻R(x，y，z)與接觸面積 S(x，y，z)，并結(jié)合步驟（2)中面電流分布得到等效固面天線模型對應(yīng)坐標(biāo)P(x，y，z)的搭接 電壓
[0013] (4)建立金屬絲搭接處P(x,y,z)的無源互調(diào)分析模型Im(x,y,z)= f(Vn(x,y,z))，并結(jié)合步驟（3)得到的金屬絲搭接處P(x,y,z)電壓分布Vn(x,y,z)作為無 源互調(diào)分析模型的輸入，得到各階互調(diào)電流IJx，y，z)，其中第m階互調(diào)電流的頻率由n路 輸入載波頻率的互調(diào)頻率決定；
[0014] (5)選取網(wǎng)狀反射面上叫個空間采樣點，并計算等效固面天線模型上對應(yīng)的mif 空間坐標(biāo)采樣點的無源互調(diào)量；
[0015] 無源互調(diào)量計算的具體方式如下：
[0016] (5a)以網(wǎng)狀反射面中心處為起始，以1/4波長對應(yīng)的圓弧面面積Sl為單位在整個 反射面上進行采樣，共采集叫個圓弧面的電壓值；
[0017] (5b)根據(jù)步驟（4)確定網(wǎng)狀反射面叫個空間坐標(biāo)處無源互調(diào)分析模型，并根據(jù)將 n路載波分別作為輸入時得到的叫個空間坐標(biāo)處電壓值Vn(x，y，z)作為輸入，得到各階非 線性互調(diào)電流Im (X，y,z);
[0018] (5c)根據(jù)叫個空間坐標(biāo)處各階非線性互調(diào)電流量與接觸電阻R(x，y，z)得到mi 個空間坐標(biāo)處各階非線性信號功率Pm(x,y,z) =Im2(x,y,z)R(x,y,z)，將各階非線性信號 功率乘以聚合因子a得到1/4波長對應(yīng)的圓弧面面積81上非線性功率；其中，聚合因子 a ' \為網(wǎng)狀反射面實際網(wǎng)孔面積；
[0019] (5d)將各階非線性信號功率作為相應(yīng)空間坐標(biāo)處功率源，根據(jù)麥克斯韋方程結(jié)合 開放空間邊界條件，得到叫個各階離散功率源在等效固面天線模型的饋源模型處接收功 率，即網(wǎng)狀反射面天線的無源互調(diào)量。
[0020] 步驟⑵中采用基于小網(wǎng)格運用描述電磁場演化的麥克斯韋（Maxwel1)方程組， 在頻域求解得到n路載波分別饋入時的面電流分布Jn(x,y,z)。
[0021] 步驟（5)中選取網(wǎng)狀反射面上叫個空間采樣點的具體方式如下：
[0022] (51)根據(jù)各路載波頻率確定網(wǎng)狀反射面天線中心頻率
其中n為載波 數(shù)，A為各路載波頻率；
[0023] (52)根據(jù)中心頻率確定對應(yīng)的1/4波長對應(yīng)的圓弧面面積s1;
[0024] (53)根據(jù)步驟（52)確定的81以及整個網(wǎng)狀反射面弧面面積s^與1/4波長對應(yīng) 的圓弧面面積S1得到網(wǎng)狀反射面采樣點數(shù)，。
[0025] 步驟⑷中無源互調(diào)分析模型如下：
[0026]
[0027] 其中，UX，y，Z)為各階非線性電流；I。、V。的值由網(wǎng)狀反射面金屬絲搭接 P(x，y，z)處金屬絲接觸狀態(tài)確定。
[0028] 金屬面的透射率為網(wǎng)狀反射面的透射率。
[0029] 饋源模型到等效固面天線模型的距離與實際饋源結(jié)構(gòu)到網(wǎng)狀反射面的距離相等， 饋源模型到等效固面天線模型的傾角與實際饋源結(jié)構(gòu)到網(wǎng)狀反射面的傾角相等。
[0030] 步驟⑵中的n路載波中的第i路載波信號為冰）=sin(2;r/,Y +奶），n為自然數(shù)， i = L2,3……n，第i路載波頻率為f1;
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0032] (1)本發(fā)明采用金屬固面天線等效網(wǎng)狀反射面天線，通過金屬絲實際接觸狀態(tài)確 定非線性分析模型，通過場計算與非線性計算的無縫連接在保證電磁場計算精度的前提下 首次實現(xiàn)了電大尺寸網(wǎng)狀反射面天線無源互調(diào)量的計算與確定，解決了電大尺寸網(wǎng)狀反射 面天線無源互調(diào)量無法通過計算分析獲得的技術(shù)難題，具有廣闊的市場應(yīng)用前景，而且本 發(fā)明計算精度準(zhǔn)確，實現(xiàn)難度低，通用性大大增強。
[0033] (2)本發(fā)明通過將n路不同頻率的載波分別饋入網(wǎng)狀反射面天線等效模型網(wǎng)狀反 射面天線等效模型，通過頻域求解麥克斯韋方程得到不同頻率下的電磁場分布，尤其是電 流分布，然后通過無源互調(diào)分析模型進行分解得到各階非線性電流，避免了直接在時域求 解n路輸入載波時