[发明专利]最优焦距下伞状天线机电集成优化设计方法

说明书

本发明公开了一种最优焦距下伞状天线机电集成优化设计方法，包括：输入伞状天线几何参数、材料参数与电参数；计算伞状天线最优焦距；计算最优焦距下理想天线远区电场；计算天线肋的分段数；计算肋上点的坐标；计算相邻肋间点的坐标；生成伞状天线所有节点坐标；建立最优焦距下伞状天线结构有限元模型；生成最优焦距下总体电性能一阶、二阶系数矩阵；求解最优焦距下的结构有限元模型；近似计算最优焦距下伞状天线远区电场变化量；计算最优焦距下伞状天线远区电场；判断电性能是否满足要求；输出天线结构设计方案；更新天线参数。本发明考虑伞状天线面片拼合特点，基于二阶近似计算公式获得最优焦距下电性能，可提高机电集成优化设计效率。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及雷达天线领域中的一种最优焦距下伞状天线机电集成优化设计方法。

背景技术

由天线肋、金属反射丝网、张力索网等组成的伞状天线是星载天线结构的一种。由于其具有结构简单、重量轻、低成本的优点，伞状天线在航天应用中具有广泛的应用前景。伞状天线在轨过程中受到空间载荷的影响，将产生天线结构变形，进而影响天线电性能的实现。因此，针对伞状天线在轨电性能恶化的问题，需要进行机电集成优化设计，实现伞状天线电性能最优。由于伞状天线所受空间载荷的多样性，天线结构产生的变形形式是复杂多样的，难以用较为解析的表达式进行描述，加上天线结构节点自由度众多，直接采用物理光学法进行计算将带来运算时间长的问题，影响伞状天线结构的机电集成优化设计。因此需要针对伞状天线结构特点，提出一种快速实现天线电性能计算的方法，在保证计算精度的前提下，减少计算时间，进而提高伞状天线机电集成优化设计效率。

张树新等人在中国专利“基于单元形函数的反射面天线机电集成设计方法”(专利号：201410360160.7)中公开了一种基于单元形函数的反射面天线机电集成设计方法。虽然该方法从通用的角度，提出了一种基于单元形函数的天线电性能快速计算方法，但对于采用曲面面片拼合而成的伞状天线而言，该方法需要进行一定的改进，尤其是考虑伞状天线面片拼合带来的特殊的结构特点。N.Chahat,R.E.Hodges,J.Sauder,M.Thomson,E.Peral,Y.Rahmat-Samii等人在文献“CubeSat deployable Ka-band mesh reflector antennadevelopment for earth science missions”(IEEE Trans.Antennas and Propagation,2016年第64卷第6期，2083-2093)公开了一种工作在Ka频段的立方星伞状可展开天线，并对伞状天线面片拼合特性进行了分析，指出了结构参数对电性能的影响。然而，其并没有针对伞状天线电性能快速计算给出一定的设计方法。因此，针对伞状天线面片拼合而成的这一独特结构特点，本发明在保证计算精度的前提下，考虑面片拼合的结构特点，提出一种最优焦距下伞状天线电性能快速计算方法，并以此指导伞状天线机电集成优化设计。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种最优焦距下伞状天线机电集成优化设计方法。该方法基于二阶近似计算公式，考虑伞状天线采用曲面面片拼合而成，相邻肋之间的曲面为抛物柱面的结构特性，提出了最优焦距下伞状天线电性能快速计算方法，并以此指导伞状天线机电集成优化设计。

本发明的技术方案是：最优焦距下伞状天线机电集成优化设计方法，包括如下步骤：

(1)输入伞状天线几何参数、材料参数与电参数

输入用户提供的伞状天线几何参数、材料参数与电参数；其中几何参数包括口径、焦距、偏置距离和肋数；材料参数包括索结构、背架肋结构和金属丝网结构的尺寸、材料密度、横截面积、杨氏弹性模量、泊松比和天线载荷参数；电参数包括工作波长、馈源参数、馈源初级方向图以及包括天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求；

(2)计算伞状天线最优焦距

根据用户提供的天线几何参数，按照下式计算伞状天线最优焦距：