[发明专利]基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是涉及反射面天线机电综合分析方法，用于提高反射面天线的分析精度与效率。

背景技术

反射面天线是典型的机电综合电子装备产品，随着其向高频段、高增益、高可靠性及轻量化的方向发展，其结构位移场与电磁场之间的相互作用与相互影响越来越明显，由于两场相互关系不清而导致天线的电性能提高受到很大制约。因此，深入研究两场之间的相互关系，实现反射面天线的机电综合分析十分必要。在应用现有专业软件的传统分析方法中，适用的模型仅为理想状态的天线结构。而实际工程中天线结构的变形、不一致性等结构因素难以在软件中建模、求解；实际天线结构在加工、安装过程中的制造精度、装配精度等难以在现有软件中精确描述，或难以解决由此产生的大规模数值计算问题；实际的天线结构在真实工作环境中的动态因素，如风荷、振动、冲击下的结构动态响应，无法在软件中表现；基于结构分析的有限元模型，与为电磁场分析所建立的电磁模型具有很大区别，不能直接进行相互应用。这些因素都使得反射面天线机电综合分析变得非常重要。

结构分析和电磁分析的单独进行，不仅会导致分析工作的重复，计算资源的浪费，而且也难以实现系统层面的优化。而在结构和电磁的顺序分析过程中，又存在网格不匹配的问题。结构分析的网格往往不均匀，而电磁分析又需要均匀的网格。现有电磁分析软件HFSS虽然具有网格自适应的功能，能够对导入模型进行自动网格划分，但是仍然疏密不均。对一般电尺寸的对象而言问题尚不突出，对电大尺寸模型则往往因为网格太多而无法计算。因此如何实现结构网格与电磁网格的转换，如何满足电磁模型的基本计算要求尤为重要。现有的反射面天线机电综合分析方法均采用物理建模方式，对于复杂天线结构建模耗时较长。图2为传统分析方法中考虑部分结构参数的天线分析子流程图，由图2可见，这些现有的反射面天线机电综合分析方法中，部分考虑了天线面板的变形，部分考虑到随机风荷影响下的反射面天线集成稳健设计，还有考虑由热载荷产生的热变形对反射面天线电性能影响的研究。但是这些分析方法均未同时考虑天线实际加工中必然存在的制造误差，由安装和调试精度决定的随机误差以及外载荷作用下产生的系统误差，致使这些分析方法仅适用于理想模型的分析，而其分析的精度和效率也受到制约，难以提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法，以实现对非理想天线模型的有效分析，提高其分析精度和分析效率。

实现本发明目的的技术方案是，在对天线进行几何结构造型时，加入制造误差，通过改变天线的描述精度控制制造误差；在对天线进行有限元结构分析时，施加合理的环境载荷，通过控制载荷来控制系统误差；进行结构分析，得到变形结构模型，通过自编的模型修改模块，在变形结构模型中施加随机误差；通过自编的模型转换模块，将变形结构模型转换为电磁分析模型，最终进行电磁计算，得到天线的电性能。具体步骤如下：

(1)根据天线加工的实际情况，确定天线制造误差的量值，按如下步骤将其融入到天线的结构参数中，对天线进行几何造型：

(1a)根据天线的具体形式以及电性能指标要求，提取天线的主要结构参数；

(1b)将结构参数按照相应的格式，写成可编辑的文件格式；

(1c)利用现有的三维造型软件，读取天线结构参数的文本文件，得到天线的三维模型；

(1d)根据天线加工的实际情况，确定天线模型的描述精度，通过改变描述精度来仿真天线制造精度的改变；如制造误差只在局部存在，通过输入位置坐标，确定制造误差施加的范围。

(2)针对天线的几何造型，建立天线的结构模型；

(3)根据天线的实际工作情况，确定环境载荷的量值，将环境载荷的量值施加到天线结构模型中，得到确定系统误差的天线变形结构网格：

(4)根据天线变形结构网格，构建天线的变形结构模型；

(5)根据天线的实际工作环境，确定随机误差的量值，并将随机误差的量值施加到天线的变形结构模型中：

(6)将天线的变形结构模型转换为天线电磁分析模型：

(6a)由天线的结构分析模型中的体单元提取出天线的表面单元；

(6b)对天线的表面单元进行修正，得到合理的表面模型；

(6c)对天线的表面模型网格进行重新划分，构建电磁分析网格；

(6d)根据电磁分析网格，构建天线电磁分析模型；