[发明专利]基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法

权利要求书

1.基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)输入网状天线几何参数、前后网面最小距离的几何参数，杨氏弹性模量的材料参数，材料参数、索网参数与电参数；

(2)根据网状天线几何参数与电参数，利用物理光学法计算理想天线远区辐射电场；

(3)根据理想天线远区辐射电场信息，通过下式计算理想天线远区辐射功率：

其中，P₀表示理想天线远区辐射功率，E₀表示理想天线远区辐射电场，下标0代表理想天线，上标*表示取共轭运算；

(4)建立天线结构有限元模型

根据用户提供的天线几何参数、材料参数、索网参数建立天线结构有限元模型，其中索网结构采用只受拉的杆单元进行建模，桁架结构采用梁单元进行建模，金属丝网结构采用具有膜特性的三角形单元进行建模；

(5)计算三角形单元节点几何关系矩阵

根据天线结构有限元模型，依托描述金属丝网结构的三角形单元特性，根据三角形单元节点在结构有限元模型中的位置关系，计算三角形单元节点几何关系矩阵；

(6)计算索网单元与连接节点灵敏度矩阵

根据天线结构有限元模型，依托索网结构在有限元模型中的位置关系，结合索网张力大小，计算索网单元与连接节点灵敏度矩阵；

(7)基于解析机电耦合模型计算电性能一阶、二阶系数矩阵；

(8)计算电性能对索网单元长度误差的一阶、二阶系数矩阵；

(9)计算天线远区辐射功率平均值；

(10)判断天线远区辐射功率平均值是否满足天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求，如果满足要求则转至步骤(11)，否则转至步骤(12)；

(11)输出索网参数与辐射功率方向图，当天线远区辐射功率平均值满足天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求时，输出索网参数与辐射功率方向图；

(12)更新索网参数

当天线远区辐射功率平均值不满足天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电性能要求时，更新索网参数，转至步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，其特征在于：所述的步骤(1)中输入网状天线几何参数所括：网状天线口径、焦距、偏置距离；

前后网面最小距离的几何参数：至少包括索单元横截面积；

杨氏弹性模量的材料参数：至少包括索网张力大小；

索网长度误差均方根值的索网参数：包含工作波长、馈源参数、馈源初级方向图、天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度在内的电参数。

3.根据权利要求1所述的基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，其特征在于：步骤(2)中所述的物理光学法是一种基于面电流分布的高频近似方法，计算公式如下：

其中，E₀表示理想远区电场，J表示根据用户输入的由馈源参数与馈源初级方向图得到的面电流密度矢量，exp表示自然对数的指数运算，j表示虚数单位，k表示自由空间波数，r表示反射面节点在坐标系下的位置矢量，为远区观察点单位位置矢量，Σ表示反射曲面，s表示投影口面，ds表示在投影口面进行积分运算。

4.根据权利要求1所述的基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，其特征在于，所述的步骤(5)是按照下式获得三角形单元节点几何关系矩阵：

K＝I+K₀+K₁

其中K为三角形单元几何关系矩阵，I表示单位矩阵，K₀表示三角形单元内部点形成的关系子矩阵，K₁表示三角形三条边内部点形成的关系子矩阵。