[发明专利]一种基于机电耦合模型的赋形反射面天线电性能预测方法

说明书

本发明公开了一种基于机电耦合模型的赋形反射面天线电性能预测方法，包括：确定赋形反射面天线结构方案；建立赋形反射面天线结构有限元模型；计算赋形面天线结构自重变形；计算赋形反射面天线的赋形面误差和馈源误差对天线口径场幅度相位的影响项；利用赋形反射面天线机电耦合模型，计算变形赋形反射面天线的电性能；判断是否满足设计要求。该方法可以准确分析重力载荷对赋形反射面天线结构的影响，实现赋形反射面天线的结构和电磁两场耦合分析；分析各种结构误差对天线工作性能的影响，可以找出其中主要结构因素，根据实际需要给出合理的结构精度要求，缩短研制周期，降低研制成本。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体是一种基于机电耦合模型的赋形反射面天线电性能预测方法。

背景技术

赋形反射面天线在对空搜索雷达、对地机载雷达的目标跟踪和卫星通信等多个领域都有着广泛的应用。当其工作频段较高时，结构因素对天线的辐射性能影响较大。影响赋形反射面天线电性能的结构因素主要包括赋形面表面误差与馈源误差。赋形面表面误差包括在外载荷，如风、振动、太阳照射等作用下的赋形面表面变形误差，以及背架和面板制造、装配过程中产生的反射面随机误差。外载荷除导致赋形面变形外，还会引起馈源误差，即馈源的位置偏移和指向偏转。

高频率、低副瓣、轻重量的发展趋势，对赋形反射面天线的结构设计与工艺提出了更高的要求。而传统的设计方法在保证电性能同时常常会对结构设计提出苛刻的要求。过高的结构精度要求虽然可保证天线的工作性能，但却会使其成本大大提高，甚至出现受技术水平和实际工作环境限制，无法满足给定精度要求的情况。因此，有必要根据电性能的指标要求准确地提出对天线结构设计的要求。也就是说，通过建立赋形反射面天线结构设计与电磁设计之间的相互影响、相互制约的关系，即利用机电耦合方法来预测各种结构方案下的天线电性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有赋形反射面天线分析技术中往往忽视结构位移场和电磁场之间的耦合关系，而单独考虑其一个方面的影响，导致赋形反射面天线结构和热设计中机、电分离。为此，本发明提出了一种基于机电耦合模型的赋形反射面天线电性能的预测方法，以实现基于赋形反射面天线机电两场耦合的电性能预测，用以指导其结构设计。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于机电耦合模型的赋形反射面天线电性能预测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)根据赋形反射面天线的结构参数以及材料属性，确定天线结构方案；

(2)在有限元力学分析软件中建立赋形反射面天线结构有限元模型；

(3)根据建立的天线结构有限元模型，在有限元力学分析软件中对赋形反射面天线结构有限元模型施加重力载荷，计算天线结构自重变形，并提取赋形反射面天线有限元模型各个节点的误差；

(4)根据赋形反射面天线有限元模型各个节点的误差，计算赋形反射面天线在重力载荷情况下的赋形面误差和馈源误差对天线口径场幅度相位的影响项；

(5)利用赋形反射面天线机电耦合模型，计算赋形反射面天线的电性能；

(6)根据赋形反射面天线的电性能指标要求，判断赋形反射面天线电性能是否满足要求，如果满足要求，则确定赋形反射面天线结构设计方案；否则，修改赋形反射面天线结构参数，并重复步骤(1)到步骤(5)，直至满足要求。

进一步，步骤(1)中，所述赋形反射面天线的结构参数包括赋形面口径和焦距；所述赋形反射面天线的材料属性包括天线背架材料和赋形面面板材料的密度、弹性模量。

进一步，所述步骤(3)中，赋形反射面天线有限元模型各个节点的误差，包括赋形面节点轴向误差Δz′、馈源位置误差d(δ(β))和馈源指向误差(Δξ(δ(β)),Δφ′(δ(β)))。