风云三号微波湿度仪天线的设计与分析

摘要

风云三号(FY-3)微波湿度探测仪(MHS)是国家微波遥感实验室承接的首个业务卫星任务,成功地研制不仅仅可以填补我国短毫米波段(150,183GHz)遥感技术的空白,而且为以后风云系列卫星有效载荷的研制打下良好基础.FY-3MHS三个主要关键技术中有两个同天线性能密切相关,因此设计高精度天线系统对整个微波湿度探测仪来说是至关重要的.众所周知的数值法其求解空间和求解速度收到计算机资源的限制,对于电大尺寸问题无能为力.FY-3湿度计天线,明显属于电大尺寸问题,因此不宜采用.本设计中采用主要包括电磁场的数值解法对天线馈源及抛物面进行分析和设计,采用几何光学方法(GO)、物理光学方法(PO)来进行.设计及仿真计算结果和德国Astrium以及RPG设计在电性能上基本保持一致,尤其是天线方向图、波束宽度、交叉极化电平等指标等主要指标符合较好.关于天线设计、加工以及测试等内容文中也给出了较为详尽的阐述.采用时域有限差分(FDTD)和遗传算法(GA)对通信和航空领域都广泛应用的平板式天线进行优化设计及分析.主要创新点在于:在国内首次对短毫米波段90度偏馈抛物面天线馈源和抛物面进行设计和分析和加工.采用FDTD和GA对平板式天线进行优化设计及分析,既能准确准确模拟天线电性能又能避免重复试验工作.

目录

文摘

英文文摘

前言

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究进展

1.3本课题研究的主要内容

1.4本课题研究的主要创新之处

第二章FY-3卫星微波湿度仪天线

2.1 FY-3卫星微波湿度仪天线指标

2.2 FY-3卫星微波湿度仪天线结构

2.3 FY-3卫星微波湿度仪天线馈源

2.4 FY-3卫星微波湿度仪抛物面天线

第三章FY-3卫星微波湿度仪天线馈源的设计与分析

3.1波纹圆锥喇叭分析

3.2波纹圆锥喇叭物理有限元法分析

3.3圆锥波纹喇叭的加工及测试

3.4多模喇叭馈源的有限元分析

3.5更为优良的波纹喇叭馈源

第四章FY-3卫星微波湿度仪天线抛物面设计与分析

4.1 FY-3微波湿度仪抛物面天线

4.2理想馈源的抛物反射面方向图(几何光学)

4.3物理光学计算抛物面天线

4.4 FY-3MHS天线德国加工测试结果

4.5 FY-3MHS天线系统制造形面偏差与公差分配

4.6天线表面形面精度对主波束效率影响

4.7抛物面天线的驻波系数

4.8抛物面偏焦造成的影响

4.9天线的热分析

4.10 FY-3微波湿度仪天线设计结果和德国测试比较

第五章FDTD和GA在平板天线优化设计上的应用

5.1遗传算法

5.1.1遗传算法适应度函数构造

5.1.2将天线问题进行染色体编码

5.1.3遗传操作

5.2时域有限差分法(FDTD)

5.3遗传算法与FDTD解法的结合

5.4一般贴片和平板天线

5.5计算实例

5.5.1 CPW开槽天线计算及优化

5.5.2微带馈电开槽天线优化

5.5.3空气介质天线优化

5.5.4微带偏置平板开槽天线

结论

参考文献

附录

致谢

博士后期间工作汇报