[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

说明书

本发明公开了一种基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，具体步骤包括：(1)输入网状天线几何参数、材料参数、索网参数与电参数；(2)计算理想天线远区辐射电场；(3)计算理想天线远区辐射功率；(4)建立天线结构有限元模型；(5)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；(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)判断电性能是否满足要求；(11)输出索网参数与辐射功率方向图；(12)更新索网参数。本发明可实现网状天线面向电性能的结构稳健性设计。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及雷达天线领域中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。

背景技术

网状天线由于其质量轻、收拢体积小等优点被逐渐应用于空间天线设计中。网状天线采用索网结构实现对抛物面形状的结构支撑，利用铺设的金属丝网实现对电磁波的接收与发射。考虑到众多索网结构，网状天线极易受到索网长度随机误差影响，进而影响天线预设的电性能。随机误差是限制网状天线实现电性能的结构因素之一。考虑结构随机误差影响，进行网状天线面向电性能的结构稳健性设计是网状天线结构设计的关键。

Jingli Du等在文献“Robust shape adjustment with finite element modelupdating for mesh reflectors”(AIAA Journal,vol.55,no.4,April 2017,1450-1459)中提出了一种修正有限元模型的网状天线稳健性设计方法；Kangjia Fu等在文献“Robustdesign of tension truss antennas against variation in tension forces”(AIAAJournal,vol.56,no.8,August 2018,3374-3381)中提出了一种考虑索张力变化的网状天线稳健性设计方法。这些文献均从结构单学科的角度进行网状天线稳健性设计，忽略了结构随机误差对天线电性能的影响。Shuxin Zhang等在文献“Integrated structuralelectromagnetic analysis of mesh reflectors with structural randomdimensional errors”(AIAA Journal,vol.53,no.10,October 2015,2838-2844)中提出了一种分析结构随机误差的机电集成分析方法，但没有进行网状天线结构稳健性设计。因此，针对网状天线受结构随机误差影响的情况，开展面向电性能的结构稳健性设计，从机电耦合的角度出发进行网状天线结构稳健性设计。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于解析机电耦合模型的网状天线结构稳健性设计方法，以便克服网状天线受结构随机误差影响，实现网状天线面向电性能的结构稳健性设计。

本发明的技术方案是：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，至少包括如下步骤：

(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；

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。

(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：