[发明专利]一种面向辐射和散射的有源相控阵天线结构公差的快速确定方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及有源相控阵天线结构设计与制造公差的确定和分配方法，可从综合考虑辐射场和散射场性能的角度指导有源相控阵天线结构公差的快速确定及结构方案的评价。

背景技术

军事斗争的迫切需要产生了雷达，并强有力的牵引雷达理论和技术的发展。现代战争，尤其是当前的电子战和信息战的需求，有源相控阵天线因具有快速改变天线波束指向和波束形状、功能多，机动性强、可靠性高、探测和跟踪能力高等优势广泛的应用于各种雷达系统、导航、电子对抗等领域，因此成为当今雷达发展的主流。特别是在先进的战斗机综合电子信息系统中得到了很好地应用。如美国的F22和我国自主研制的歼20、歼31等最先进的战斗机都装备高性能的有源相控阵雷达。因此，作为有源相控阵雷达系统的最重要部分，有源相控阵天线的电性能就被提出更高的要求。同时，在以现代高新技术为背景的电子战中，为了迫使敌方电子探测系统和武器平台降低其战斗效力，从而提高我方军事力量的突防能力和生存能力，就必须提高我方战斗平台的隐身能力，即控制和降低军用系统的雷达散射面积(Radar Cross Section,RCS)。因此，在日益严峻的军事需求下，发展具有高增益、高隐身性能的有源相控阵天线就凸显的尤为重要。

有源相控阵天线作为复杂电子装备，是电磁、精密机械结构等多学科相结合的系统，其电性能不仅取决于电磁学科的设计水平，同时也取决于机械结构的设计水平。机械结构不仅是电性能的载体和保障，并且往往制约着电性能的实现，同时，电性能的实现对机械结构也提出了更高的要求。有源相控阵天线的电性能是阵中每个天线单元在远场叠加的结果，由于机械加工精度、安装精度的限制，以及受到振动、热功耗等环境外载荷的影响，有源相控阵天线单元位置发生偏移，从而使得天线单元在观察点处的相位差发生变化，因此导致整个有源相控阵天线增益下降、副瓣电平升高和波束指向不准确等，即最终会恶化有源相控阵天线的电性能。

为了减小辐射场电性能损失，必须使得有源相控阵天线的天线单元位置的偏移量尽可能的小。在实际工程设计中，工程人员为满足设计指标要求，一味的提高加工精度和安装精度，而这极大地加重了加工和安装的难度和研制的成本，延长了研制的周期。然而，有源相控阵天线阵元位置发生改变却会使得其散射场散射性能下降，即阵元位置虽然导致有源相控阵天线辐射场性能有所下降，但却令其散射场性能有所提高。因此，鉴于辐射性能和隐身性能的重要性，有必要在已有的有源相控阵天线辐射场机电耦合理论的基础上，建立其散射场结构与电磁耦合模型，进行有源相控阵天线辐射场和散射场的结构与电磁耦合分析，进而在制定与分配有源相控阵天线结构加工与安装精度，以及评价天线结构方案时，同时满足有源相控阵天线的辐射性能和散射性能的指标要求。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种面向辐射和散射的有源相控阵天线结构公差的快速确定方法，该方法可以实现有源相控阵天线辐射场和散射场的结构与电磁耦合分析，快速确定合理的结构公差精度，降低加工和安装难度，减少研制成本，缩短研制周期。因此，本方法可指导有源相控阵天线结构加工与安装精度的制定与分配，以及天线结构方案的评价。

实现本发明目的的技术解决方案是，确定有源相控阵天线的结构参数和电磁工作参数，给出初始结构公差；计算有源相控阵天线辐射场单元辐射因子和散射场单元散射因子；将结构公差分配为天线单元在阵面内的安装位置误差和在阵面法向的安装高度误差；计算阵面内相邻两天线单元在观察点处的辐射场空间相位差和散射场空间相位差，得到有源相控阵天线辐射场和散射场的口面相位误差；计算有源相控阵天线远区辐射场和散射场方向图函数，分别绘制天线辐射场和散射场方向图；计算相对于设计指标辐射场性能的恶化程度和散射场性能的改善程度；判断是否满足设计要求，如满足要求，则当前的天线单元的安装位置误差和安装高度误差就是最终结构公差；否则改变结构公差的取值，并重复上述分析过程，直到辐射场和散射场电性能指标同时满足要求，以此确定合适的结构公差。

本发明是通过以下述技术方案实现的：

一种面向辐射和散射的有源相控阵天线结构公差的快速确定方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据平面等间距矩形栅格排列的有源相控阵天线的基本结构，确定有源相控阵天线的结构参数和电磁工作参数，给出初始的结构公差；

(2)根据有源相控阵天线的结构参数和电磁工作参数，计算其辐射场单元辐射因子(图改)和散射场单元散射因子；