大型雙反射面天線指向誤差評估算法*

魏善祥，王啟明，孔德慶，趙保慶，朱 明，王清梅

(1.中國科學院國家天文臺，北京 100101；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國科學院 FAST重點實驗室，北京 100101；4.中國科學院月球與深空探測重點實驗室，北京 100101)

指向精度是反射面天線最重要的性能指標之一，為保證天線的接收效率，要求指向誤差小于波束寬度的1/10，指向精度與天線口徑及頻率成反比，大口徑高頻率天線對指向精度的最高要求達到角秒級[1-2]。目前世界上最大的全可動天線是美國100 m綠岸射電望遠鏡，頻率范圍從300 MHz到115 GHz，高頻(100 GHz以上)觀測時，要求跟蹤誤差小于1.5″[3]。我國在建的天津武清70 m天線Ku頻段的指向精度要求為13″，后續擴展為Ka頻段的指向精度要求為3.5″。計劃建設的新疆奇臺超大型全可動天線，口徑達到110 m，頻率達到115 GHz，預期最高指向精度優于2.5″[4]。天線結構變形是影響指向精度的主要因素，天線最佳吻合面與副反射面橫向偏移或轉動、饋源橫向偏移等均影響天線的指向精度[5-7]。天線初始指向不能滿足精度要求，需準確評估天線的指向誤差并通過軟件進行校準[8]，準確評估天線的指向誤差非常重要。

使用基于高頻方法和數值方法的電磁仿真算法能準確快速地評估電小尺寸天線的電性能，但分析電大尺寸天線時耗時較長，僅局限于天線的設計階段。文[9]提出基于波束偏移因子(Beam Deviation Factor, BDF)評估天線指向誤差的算法，該算法具有評估實時性，在國內外廣泛使用。文[10]提出基于奇異值分解法確定饋源偏移量的算法，用于補償反射面變形對電性能的影響。……