0引言
天线是把发射能量辐射到空间然后在接受时收集回波能量的设备 [1]，天线的口径根据设计需要而确定，主要应用于通信和射电天文，包括地面和空间的通信直至对外层空间的探求[2]。旋转抛物面天线可分为正馈和偏馈两种形式，主要由旋转抛物面和馈源组成，其反射面型面的制造质量对天线的发射和接收性能参数有直接影响，本文针对复合材料天线反射面型面检测结果的分析，探讨测量结果与实际型面状态的关系，不同解算方法所得不同测量结果的含义，以及对馈源装配位置和天线性能的影响。
1天线反射面型面标准差与其性能的关系
复合材料天线反射面是通过模具固化成型方式制造的，反射面脱模后或多或少会有所变形，使实际型面偏离理论型面位置。复合材料天线反射面型面质量的检验，主要由型面标准差控制，通过对天线反射面型面的测量，可解算出标准差、焦距、焦点位置、顶点位置、反射面轴线位置等参数，通过这些关键参数的分析，可判断实际型面状态、调整馈源的装配位置。
1.1天线反射面型面偏差与实际型面的关系
固化成型的复合材料天线反射面经检测可得到被测各点的坐标值，按最小二乘拟合解算出标准差。反射面型面标准差的大小会影响天线性能指标(增益、方向图、极化等)变坏的程度。反射面型面标准差可表征实际型面偏离理论型面的程度，主要包括各点偏差、包容宽度等概念，图1所示为某天线测量区域分布示意图，测量结果见表1。各点偏差：被测各点相对最小二乘抛物面的偏差值。正偏差表示被测点在最小二乘抛物面的外边，负偏差则相反。包容宽度：即最小包容区域。
由表中数据可知，反射面型面标准差随着天线口径增大而增大，且当天线的口径大于Φ600mm时，标准差超过0.2mm，即在口径大于Φ600mm区域偏差较大。由表2口径大于Φ600mm区域测量结果分析可知，在该区域内的各点偏差有正有负，且成区域性分布，如图2所示，即该天线型面外端面变形比较大，且呈波浪形状态。
复合材料天线反射面制件是经由模具固化成型的，为保证制件的合格率，在实际生产中，模具设计制造必须保证很小的公差(通常是±0.03λ，其中λ代表波长)，即控制其标准差范围是制件标准差范围的1/3或1/2。判定反射面型面质量的依据主要是型面标准差，若反射面制件偏差方向与模具偏差方向一致时，则制件的偏差是由模具本身引起的;若反射面制件偏差方向与模具偏差方向不一致时，则制件的偏差可能是由制件脱模后变形引起的。根据偏差大小、方向和分布情况可分析出制件在哪个加工环节中造成的影响。天线反射面型面偏差的解算分为最小二乘法和定焦距法两种，最小二乘法是使被测实际型面上各点到该最小二乘拟合抛物面的距离的平方和为最小的一种拟合方法;定焦距法是按输入的抛物面公式拟合抛物面的一种拟合方法。两种不同的拟合方法可得到不同的标准差、焦距、焦点坐标、顶点坐标及反射面轴线位置，其结果如表3所示。
定焦距拟合条件下，天线的焦距、焦点坐标、顶点坐标及轴线位置是限制在理论位置上的，所以型面标准差比较大，且各点相对于定焦距理论抛物面的偏差值也较大;按最小二乘拟合的结果，天线的焦距、焦点坐标、顶点坐标及轴线位置都有变化，型面标准差值最小。
1.2天线反射面型面标准差与其焦点、焦距的关系
在接收天线，焦点偏移意味着主反射面反射的高频能量不能全部到达馈源系统。高频能量损失后，即引起天线效率和增益变差[3]。图3所示为焦距变化与抛物面型面的关系，当焦距缩短时，实际抛物面较理论抛物面内缩，使能量到达的位置提前;反之，焦距增长时，实际抛物面较理论抛物面外扩，使能量到达位置推迟。焦点随焦距的变化而变化，对应的馈源安装位置也需相应调整，否则将影响天线的接收效率。
针对正馈和偏馈两种形式的天线，正馈天线是指中心聚焦天线，偏馈天线的曲率是撷取正焦拋物线天线的一部分加以制造。由于正馈和偏馈天线的结构形式不同，其对各关键参数的影响有很大差别，本文主要从如下两方面进行分析比较：1、正馈天线间不同解算方法对测量结果的影响;2、正馈与偏馈天线间不同解算方法对测量结果的影响。
1、正馈天线间不同解算方法对测量结果的影响
同样是正馈天线，两个反射面型面的标准差值相差较大，对焦距长度、焦点坐标、顶点坐标及轴线位置的影响并不大，如表4所示数据。其原因为正馈天线是个整体的圆对称抛物面，最小二乘解算结果相对于定焦距解算结果的变化范围因其结构的各方向对称而被限制。
2、正馈与偏馈天线间不同解算方法对测量结果的影响
从下表5的测量结果看，两种天线的标准差相近，其反射面面积也相近，在两种解算方法下，相对于正馈天线，偏馈天线对于焦点有0.4mm的变化量，对于顶点有1mm的变化量，轴线位置也有0.04º的变化量。其原因为偏馈天线是撷取正焦拋物线天线的一部分，相当于正馈天线的1/4区域，最小二乘抛物面偏转较大，相应的顶点、焦点位置变化较大，抛物面轴线角度变化也大，表5所示为正馈天线和偏馈天线的数据，图4所示为两种天线变化范围示意图。
1.3天线反射面型面标准差与其馈源的关系
馈源是天线的心脏，它用作高增益聚集天线的初级辐射器，为抛物面天线提供有效的照射[1]。馈源安装位置是对应于反射面的安装位置的：馈源和反射面的轴线相平行，且馈源中心与反射面焦点位置相对应。反射面的焦点位置、顶点位置及相应的轴线方向是通过不同解算得到不同的测量结果，具体运用何种结果由设计人员按实际情况进行选择。
天线设计时，一般使整个馈源反射面系统校准后的总的误差通常限制在λ/8或者±λ/16以内。基于这一准则，位于抛物反射面天线的焦点的馈源最大位置差应在±λ/32之内(λ代表波长)。
2总结
影响复合材料天线使用性能的关键参数主要是焦距、焦点坐标、顶点坐标及轴线位置，这些参数的获得只能通过对天线反射面型面进行测试，并按实际需要运用不同的解算方法得到不同的结果，本文通过实际测试数据分析天线反射面型面的制造质量对天线的发射和接收性能参数的影响，探讨出了不同测量结果与实际型面状态的关系，不同解算方法所得结果的含义，正馈与偏馈天线对测量结果的不同影响等，辅助设计人员完成天线加工工艺的分析调整及天线馈源的调整装配等工作。
参考资料：
[1] Merrill I. SkolNIk.雷达手册[J].电子工业出版社，2010.07
[2] 段宝岩.柔性天线结构分析、优化与精密控制[D].科学出版社 ，2004
[3] 陆正伟.现代卫星接收天线[M].电子论坛，2006.
