[发明专利]一种高温烧蚀下有源相控阵天线电性能快速补偿方法

说明书

本发明公开了一种高温烧蚀下有源相控阵天线电性能快速补偿方法，包括确定天线的结构参数和材料属性，确定飞行高度、速度和攻角；计算天线罩驻点温度；判断天线罩周围空气成分；仿真天线高温烧蚀过程，提取温度场分布和烧蚀形貌，计算天线罩相对介电常数、损耗角正切变化量和天线罩厚度烧蚀量，计算透射系数；提取天线阵面馈电系统的温度场分布，计算激励电流误差并将幅相误差叠加；弹载天线的电性能与理想电性能对比确定辐射性能变化，计算透过天线罩阵元辐射性能的幅度变化率、相位变化量、阵元激励电流幅度和相位调整量，补偿高温烧蚀下天线电性能。本发明能够快速有效地补偿高温烧蚀影响下天线的电性能，保障天线飞行过程中可靠性。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及高温烧蚀下有源相控阵天线电性能快速补偿方法。

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，高温烧蚀会导致天线罩厚度和材料属性发生改变。同时，天线罩高温也会引起罩内阵列天线温度升高，一方面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，另一方面，阵面电源纹波系数变化也会导致激励电流幅相误差。由于高温烧蚀对天线罩和阵列天线的共同影响，最终会严重降低弹载有源相控阵天线的电性能。为分析高温烧蚀对弹载天线电性能的影响，Qin Y J,He J G.Analysis of tangent oval radome based on Matlab[C].Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings,Suzhou,China,Dec.4-7,2005,5:3-6提出高速飞行中天线罩会产生烧蚀层严重影响天线电性能，然而仅假设了该烧蚀层具有固定厚度和材料参数，并未分析实际烧蚀情况下天线罩的表面形貌。弹载天线飞行中，罩体的烧蚀形貌会发生动态改变，因此，为得到天线罩的温度场分布和表面形貌，应对天线罩进行动态温度场与烧蚀形貌并行分析。此外，当天线罩温度升高，其会通过热传导和热辐射使内部阵列天线升温，导致阵元激励电流误差，因此，应以弹载有源相控阵天线的天线罩和罩内有源相控阵天线为整体研究对象进行高温烧蚀分析。

针对高温烧蚀导致的弹载有源相控阵天线电性能恶化的问题，目前的解决方法主要包括：①采取热防护措施，如烧蚀防护，在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。该方法能在一定程度上降低天线罩表面和内部温度，但是温度对罩体材料参数的影响仍然存在，且烧蚀材料自身厚度变化同样会影响电性能；②探索新材料，研究具有高熔点和低温度敏感性的新材料，然而当飞行速度升高，天线罩材料参数仍然存在明显变化，且新材料会带来成本的增加；③优化天线罩结构设计，如Xu W,Duan B Y,LiP,et al.Multiobjective particle swarm optimization of boresight error andtransmission loss for airborne radomes[J].IEEE Transactions on Antennas andPropagation,2014,62(11):5880-5885对天线罩采用变厚度设计等，这会增加天线罩的加工难度，且难以保证飞行过程中天线罩电性能始终最优。调整天线罩内部阵元激励电流可以在不改变天线罩结构设计的基础上，补偿高温烧蚀对弹载天线电性能的影响，然而，高温烧蚀对弹载天线电性能缺少定量影响分析，难以给出对应的阵元激励电流补偿量。

因此，分析弹载有源相控阵天线高速飞行过程中高温烧蚀对天线罩和阵列天线的共同影响，建立天线罩结构、物性参数变化量、天线阵元馈电误差与弹载天线电性能的计算模型，并给出所需的激励电流幅度和相位调整量，对于补偿高温烧蚀对弹载有源相控阵天线电性能的影响至关重要，可为弹载有源相控阵天线电性能的结构设计和实时补偿提供理论指导。

发明内容