[发明专利]基于机电热三场耦合的有源相控阵天线电性能预测方法

摘要

本发明公开一种基于结构、电磁、热三场耦合的有源相控阵天线电性能预测方法，主要解决有源相控阵天线结构和热设计中机电热分离的问题。其过程是：基于有源相控阵天线结构和热设计参数，确定结构和T/R组件温度；根据温差载荷分析结果，进行天线有限元分析；得到天线热载荷与环境载荷下的结构变形，分析天线辐射单元的相位差；利用热分析结果，确定T/R组件激励电流的幅相误差；通过辐射单元相位差和激励电流幅相误差，得到天线的口径场幅相分布；利用口径场分布和阵面照射函数，计算天线远区电场方向图；得到天线电性能参数，实现有源相控阵天线的结构、电磁、热耦合分析。本发明可用于指导有源相控阵天线的结构设计、热设计及电性能耦合分析与评价。

主权项

1.一种基于机电热三场耦合的有源相控阵天线电性能预测方法，包括如下过程：(1)根据有源相控阵天线的结构参数，确定有源相控阵天线结构的有限元模型，得到阵面每一个辐射单元的理论坐标(x，y，0)；(2)利用热分析软件，建立有源相控阵天线的热分析模型，确定散热设计参数，并对该模型施加温度浸透、温度梯度，得到有源相控阵天线阵面辐射单元和T/R组件的温度分布T；(3)设定有源相控阵天线的参考温度T₀，并将所述的阵面辐射单元和T/R组件的温度分布与该参考温度比较，确定该天线结构温差载荷F_ΔT；(4)利用有源相控阵天线结构的有限元模型和热分析模型，确定有源相控阵天线的约束条件和边界条件，根据温差载荷及风荷、重力两种环境载荷，确定该天线的全部等效载荷，得到包括阵面辐射单元的位置偏移量(Δx，Δy，Δz)在内的结构位移场；(5)根据阵面辐射单元的位置偏移，确定辐射单元的位置变化在远区目标处导致的空间相位误差(6)根据有源相控阵天线T/R组件的温度分布，以及实验得到的T/R组件的温度电流曲线图，得到T/R组件激励电流的幅度变化量ΔI和相位变化量(7)根据辐射单元位置偏移引起的相位误差和激励电流的幅相变化量ΔI和得到有源相控阵天线口径场幅度I^A和相位的分布；(8)利用辐射单元的单元方向图和阵面照射函数以及口径场幅相分布I^A、和天线阵面辐射单元的排列形式，计算有源相控阵天线的副瓣电平、波束指向和增益这些电性能参数；(9)根据有源相控阵天线的电性能指标要求，判断计算出的天线电性能参数是否满足要求，如果满足要求则天线结构设计和热设计合格；否则，修改结构设计参数和热设计参数，并重复步骤(1)至步骤(8)，直至满足要求。