[发明专利]基于机电热三场耦合的有源相控阵天线电性能预测方法

权利要求书

1.一种基于机电热三场耦合的有源相控阵天线电性能预测方法，包括如下过程：

(1)根据有源相控阵天线的结构参数，确定有源相控阵天线结构的有限元模型， 得到阵面每一个辐射单元的理论坐标(x，y，0)；

(2)利用热分析软件，建立有源相控阵天线的热分析模型，确定散热设计参数， 并对该模型施加温度浸透、温度梯度，得到有源相控阵天线热分析温度T，即有源相控 阵天线阵面辐射单元和T/R组件的温度分布T；

(3)设定有源相控阵天线的初始参考温度T₀，并将所述的阵面辐射单元和T/R组 件的温度分布与该参考温度比较，确定该天线结构温差载荷F_ΔT；

(4)利用有源相控阵天线结构的有限元模型和热分析模型，确定有源相控阵天线 的约束条件和边界条件，根据温差载荷及风荷、重力两种环境载荷，确定该天线的全部 等效载荷，得到包括阵面辐射单元的位置偏移量(Δx，Δy，Δz)在内的结构位移场；

(5)根据阵面辐射单元的位置偏移，确定辐射单元的位置变化在远区目标处导致 的空间相位误差

(6)根据有源相控阵天线T/R组件的温度分布，以及实验得到的T/R组件的温度 电流曲线图，得到T/R组件激励电流的幅度变化量ΔI和相位变化量

(7)根据辐射单元位置偏移引起的相位误差和激励电流的幅相变化量ΔI和 得到有源相控阵天线口径场幅度I^A和相位的分布；

(8)利用辐射单元的单元方向图和阵面照射函数以及口径场幅相分布I^A、和 天线阵面辐射单元的排列形式，计算有源相控阵天线的副瓣电平、波束指向和增益这些 电性能参数；

(9)根据有源相控阵天线的电性能指标要求，判断计算出的天线电性能参数是否 满足要求，如果满足要求则天线结构设计和热设计合格；否则，修改结构设计参数和热 设计参数，并重复步骤(1)至步骤(8)，直至满足要求。

2.根据权利要求1所述的天线电性能预测方法，其特征在于步骤(3)所述的确定 有源相控阵天线结构的温差载荷，按如下过程进行：

(3a)利用有源相控阵天线热分析温度T和初始参考温度T₀，得到由各种热源导致 的该天线结构温差ΔT；

(3b)忽略结构变形对热分析参数的影响，只考虑温度场对结构的作用，即温度差 异导致结构单元的膨胀或缩小从而产生热应力，根据热弹性Hook定律建立包含温度项 的弹性方程，得到结构温差ΔT引起的结构热应变ε₀：

ϵ0=α(T-T0)111000=αΔT111000]]>

式中，α是天线阵面热膨胀系数；

(3c)利用有源相控阵天线结构弹性矩阵D和结构热应变ε₀，计算结构温差载荷强 度σ_ΔT：

σΔT=Dϵ0=EαΔT1-2u111000]]>

式中，α是天线阵面热膨胀系数，E是天线阵面弹性模量，u是天线阵面泊松比；

(3d)将温差载荷强度σ_ΔT代入有源相控阵天线载荷项中，得到该天线结构温差载 荷：

F_ΔT＝∫_vB^Tσ_ΔTdv，

式中B是有源相控阵天线结构应变矩阵，v是有源相控阵天线的结构体积。