[发明专利]一种高速飞行器有源相控阵天线在线自适应补偿方法

说明书

本发明公开了一种高速飞行器有源相控阵天线在线自适应补偿方法，包括确定弹载带罩有源相控阵天线的结构参数和材料属性；在天线罩内表面、阵面布置温度传感器；计算天线罩沿厚度方向温度场分布、相对介电常数、损耗角正切、厚度变化量和透射系数；计算天线阵面位移场和空间相位误差；提取天线阵面馈电系统的温度场分布；计算移相器和衰减器温漂性能、激励电流误差和高温烧蚀下弹载天线电性能；对比初始电性能，计算阵元辐射性能变化；计算阵元激励电流幅度和相位调整量，考虑移相器和衰减器量化误差，得到自适应激励电流实际幅度和相位补偿量。本发明实现了天线电性能的自适应补偿，保障了弹载天线在整个飞行过程中的可靠性能。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种高速飞行器有源相控阵天线在线自适应补偿方法。

背景技术

弹载有源相控阵天线在超声速、高超声速飞行过程中，弹载天线的天线罩周围空气受到了剧烈的压缩，会导致天线罩温度急剧上升。当表面温度上升到天线罩材料的熔点或升华点时，天线罩表面开始发生烧蚀，使天线罩在罩体表面以及沿厚度方向各处的温度均发生变化，高温烧蚀也会导致天线罩的厚度发生改变。此外，天线罩剧烈温升也会通过热传导和热辐射传递到天线罩内的阵列天线，一方面，高温会导致结构热膨胀使得阵元产生位置偏移，另一方面阵面馈电系统T/R组件中移相器和衰减器的性能温漂会导致天线阵元的激励电流幅度和相位产生误差，这最终会导致弹载有源相控阵天线电性能的恶化。随着弹载有源相控阵天线向着高速度、高集成度、高频段方向发展，高温烧蚀的影响会更为严重。

为分析高温烧蚀对弹载天线电性能的影响，Husain M,Jamshed S,QureshiN.Transient aero-thermal analysis of high speed vehicles using CFD[C].Proceedings of 2012 9th International Bhurban Conference on AppliedSciencesTechnology(IBCAST).Islamabad,Pakistan,Jan.9-12,2012:171-175采用仿真分析方法，对气动热影响下天线罩的表面温度分布进行了分析。然而，弹载有源相控阵天线在飞行过程中，随着飞行高度、飞行速度和攻角的变化，弹载天线的温度场会发生实时变化，不同的温度场分布对弹载天线材料属性和厚度，以及罩内阵列天线阵元位置和馈电误差的影响是不同的，导致的电性能变化也不相同，因此，需对弹载有源相控阵天线的温度状态进行实时监测。此外，针对高温烧蚀导致的弹载有源相控阵天线电性能恶化，EppersonJr E H.Adaptively ablatable radome:U.S.,Patent 5,457,471[P].1995-10-10在天线罩体外表面涂覆烧蚀材料，利用材料的受热烧蚀来降低罩体的温度，然而在超声速、高超声速飞行时，极高的飞行速度会导致天线罩的温度改变，且烧蚀材料自身厚度变化同样会影响电性能；此外，也有通过优化天线罩的结构设计、材料工艺等方法来降低高温烧蚀影响，但成本增加的同时并不能避免罩体升温导致材料属性和厚度变化；而应用于微波暗室的弹载有源相控阵天线校准技术也难以用于对飞行中的弹载天线进行性能补偿，综上，对于飞行过程中的弹载有源相控阵天线，目前缺少实时监测弹载天线结构状态并进行自适应电性能补偿的方法。

因此，本发明在天线罩内部和罩内阵列天线上布置温度传感器，实时采集飞行过程中弹载天线温度信息，通过插值方法获取天线罩和阵列天线温度场分布，预估天线罩材料参数和厚度变化量、阵元位置偏移量以及阵元馈电误差，建立在以上影响因素下弹载有源相控阵天线的电性能计算模型，基于该模型计算所需的激励电流幅度和相位理论调整量，同时，考虑工程中常用数字移相器和衰减器的量化误差，给出阵元激励电流幅度和相位的实际调整量，用于自适应补偿弹载天线的电性能，具有重要的工程应用价值。

发明内容