[發明專利]基于擬合變形反射面的天線電性能預測方法

無效

• 申請號: 200810018106.9
• 申請日: 2008-04-30
• 公開（公告）號: CN101267062A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 段寶巖;王從思;李鵬;張福順;鄭飛;保宏;王偉;仇原鷹;陳光達;黃進;朱敏波;宋立偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q19/10
• 分類號: H01Q19/10;G06F17/00;G06F17/50
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;黎漢華

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體是一種基于擬合變形反射面的天線電性能預測方法。用于指導天線的結構設計、性能仿真分析與評價。?

背景技術

隨著通信、射電天文事業的發展，面天線正在向高頻段、大口徑的方向發展。大型面天線結構是典型的機電一體化結構，其機械性能與電性能相互影響、相互制約。工程中，電氣工程師提出機械結構設計要求，而結構工程師只能憑經驗分配各組成部件的設計精度。結果出現兩種情況，一是后者用盡了所有辦法、用上了最好的加工設備與手段，還是無法滿足要求；二是在實際生產中，制造精度高的并非總能滿足電性能指標，而有些制造精度沒那么高的反倒可以滿足電性能指標。結果導致天線制造成本高，研制周期長，其性能無法從根本上保證。?

由于大型面天線的設計、制造與測試費用很高，因此要求其設計應當一次成型。但又因大型天線的口徑達幾十米，其重量多達100噸，給結構設計帶來很大難度；同時由于這種大型的天線結構非常易受到外部環境作用而發生變形，使天線電性能受到影響。如結構變形使得天線效率降低、副瓣電平變高、方向性變差等。當高頻段的天線工作頻率達到Ka頻段時，天線結構變形對天線電性能的影響將更為嚴重。由于現有技術中無法確定天線結構變形與電性能之間的定量關系，導致天線結構設計時必然存在機電分離的問題。?

目前，國內外解決天線機電分離設計問題最常用的方法有如下幾種：?

(1)從綜合角度對天線進行集成分析，用優化建模的思想把各個機械、電磁等學科的設計要求進行統一考慮，這種方法考慮了機電綜合設計的好處。如在J.S.Liu，L.Hollaway.Integrated?structure-electromagnetic?optimization?of?large?reflector?antenna?systems.Structuraland?Multidisciplinary?Optimization，VOL.16，NO.1，July1998中所采用的方法就是這種綜合優化方法。但該方法沒有從根本上分析天線結構變形是如何影響天線電性能的，即不能在滿足電性能指標前提下給出降低結構設計難度的方案。?

?(2)利用天線反射面變形函數，得到各節點對天線電場的貢獻，從而分析不同變形情況下的天線電性能變化情況，如在K.Bahadori，Y.Rahmat-samii.Characterization?of?effects?ofperiodic?and?aperiodic?surface?distortions?on?membrane?reflector?antennas.IEEE?Trans.Antennas?and?Propagation，VOL.53，NO.9，September?2005中所采用的方法就是這種方法。該方法僅是假設反射面變形滿足一定的三角函數分布，但實際中結構變形難以用某一具體函數給出。同時該方法的機電性能綜合分析是建立在結構變形形狀假設的基礎上，不能反映天線結構變形與天線電性能之間的真實影響關系。?

(3)采用實際工程中的天線變形曲面上的測量點，以及理論節點仿真分析變形后作為計算對象，分析天線變形對天線電性能的影響，如在《現代雷達》1994年第1期“天線變形曲面的一種擬合方法”(華慕麟)文獻中就采用這種方法。此方法工程應用價值大，但關鍵是要有實際加工、裝配好的天線，且需在天線實物上進行測量分析。一般天線結構設計人員在仿真設計階段需要知道當前結構下的天線電性能，并據此判斷是否需要更改或重新設計天線結構，而不能在天線結構已確定、反射面已加工成形、裝配也已完成的情況下，再分析天線的機電性能。?

發明內容

本發明的目的是避免上述現有技術方法的不足，提出一種基于擬合變形反射面的天線電性能預測方法，指導天線結構的機電一體化設計，以降低設計成本、提高天線機電綜合性能。?

實現本發明目的的技術方案是，基于天線結構有限元分析，得到反射面變形后的節點位移，根據反射面節點的理論設計坐標和變形后坐標的空間位置關系，對變形反射面進行擬合，并計算天線表面法向誤差及該法相誤差導致的口徑面的相位誤差，計算天線遠區電場分布，繪制天線遠區電場的方向圖，進行面天線機電性能綜合分析。具體過程如下：?

(1)根據天線的反射面板、背架、中心體結構參數，確定天線結構有限元模型，得到反射面采樣節點的理論坐標P(x_i，y_i，z_i)；?