[发明专利]一种基于应变电磁耦合的有源相控阵天线电性能补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于应变电磁耦合的有源相控阵天线电性能补偿方法，包括确定有源相控阵天线的结构参数和材料属性；建立天线有限元模型并进行模态分析，提取位移模态和应变模态并确定主模态阶数，建立应变位移转化矩阵，确定阵元位置偏移量；建立应变电磁耦合模型并分解为理想电性能项和电性能变化项；进行二维快速傅里叶变换，将理想和应变信息激励电流傅里叶级数引入天线电性能并进行二维快速傅里叶逆变换；对比初始激励电流，得到基于应变信息的阵元激励电流幅度和相位补偿量。本发明可直接基于应变测量信息评估有源相控阵天线电性能，并能根据应变信息快速确定激励电流的幅度和相位补偿量，有效地保障载体空间受限天线的可靠服役性能。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于应变电磁耦合的有源相控阵天线电性能补偿方法。

背景技术

有源相控阵天线因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力强等优势，广泛应用于机载、舰载、星载等各种雷达系统中。随着雷达需求的提高，对天线的性能要求更加严苛。然而，天线服役过程中，雷达复杂工作环境如振动、海浪、风荷、太空热沉、高温热功耗等均会引起天线产生结构变形，恶化天线的电性能。因此为确保天线可靠服役，迫切需要采用补偿技术保障天线电性能。

有源相控阵天线其特点之一即可通过改变天线阵元的激励电流，控制天线方向图，因此采用调整天线阵元激励电流的方式，补偿结构变形导致的电性能恶化，是目前有源相控阵天线应用的最主要方法，其中，激励电流补偿量的确定是关键问题。目前，研究激励电流补偿量的确定方法主要从三方面进行，其一，测量天线方向图，反推阵元激励电流的补偿量。然而，服役有源相控阵天线的方向图难以测量得到；其二，测量天线阵元相位差，确定激励电流相位调整量。Schippers H,Van Tongeren J H,Knott P,et al.Vibratingantennas and compensation techniques research in NATO/RTO/SET 087/RTG 50[C].Aerospace Conference,2007 IEEE.IEEE,2007:1-13对每个天线阵元安装模拟集成电路，测量阵元的阵内相位差变化给出激励电流的相位调整量。该方法应用于服役阶段，然而，仅对天线的阵内相位差有效，不能补偿由于结构变形导致的空间相位误差；其三，测量天线结构变形，由阵元变形量计算激励电流调整量。Lesueur G,Merlet T,Queguiner M,etal.Management of deformable active antenna[C].Radar Conference-Surveillancefor a Safer World,2009.RADAR.International.IEEE,2009:1-5通过光学探针采集天线阵面结构变形，根据变形导致的空间相位变化，计算阵元激励的调整量。也有工作采用激光摄影仪、激光偏振装置等测量天线结构变形，补偿结构变形对天线电性能的影响。以上在测量天线结构变形时，采用的光学探针、激光摄影等测量装备会严格受限于天线的载体平台，对于机载、星载等天线系统，其载体空间十分有限，难以装配以上天线结构变形测量装置，因而无法实现对天线结构变形的测量。应变传感器便于安装、成本低，能克服载体平台限制，可实时采集天线服役过程中结构的应变信息，能间接表征天线的结构变形信息，然而如何基于应变信息，评估天线的电性能变化并给出对应的阵元激励电流补偿量，目前还缺少相关研究工作。

因此，为了补偿有源相控阵天线尤其是机载、星载等载体平台受限的天线服役性能，进而保障复杂环境载荷下天线可靠工作，有必要分析有源相控阵天线的应变信息与天线电磁性能的影响关系，建立有源相控阵天线的应变电磁耦合模型，并基于此计算包含应变测量信息的阵元激励电流调整量。

发明内容

基于上述问题，本发明研究了有源相控阵天线的应变信息与天线电磁性能之间的影响关系，建立了有源相控阵天线的应变电磁耦合模型，能够根据应变信息直接预估天线的电性能变化；并在此基础上，计算了包含应变测量信息的阵元激励电流幅度和相位调整量，为有源相控阵天线的电性能补偿提供理论指导，并保障复杂服役环境载荷下有源相控阵天线可靠工作。