[發明專利]基于誤差因素的反射面天線機電綜合分析方法

有效

• 申請號: 201010290058.6
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102073754A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 鄭飛;李娜;段寶巖;陳梅;李鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H01Q19/10
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別是涉及反射面天線機電綜合分析方法，用于提高反射面天線的分析精度與效率。

背景技術

反射面天線是典型的機電綜合電子裝備產品，隨著其向高頻段、高增益、高可靠性及輕量化的方向發展，其結構位移場與電磁場之間的相互作用與相互影響越來越明顯，由于兩場相互關系不清而導致天線的電性能提高受到很大制約。因此，深入研究兩場之間的相互關系，實現反射面天線的機電綜合分析十分必要。在應用現有專業軟件的傳統分析方法中，適用的模型僅為理想狀態的天線結構。而實際工程中天線結構的變形、不一致性等結構因素難以在軟件中建模、求解；實際天線結構在加工、安裝過程中的制造精度、裝配精度等難以在現有軟件中精確描述，或難以解決由此產生的大規模數值計算問題；實際的天線結構在真實工作環境中的動態因素，如風荷、振動、沖擊下的結構動態響應，無法在軟件中表現；基于結構分析的有限元模型，與為電磁場分析所建立的電磁模型具有很大區別，不能直接進行相互應用。這些因素都使得反射面天線機電綜合分析變得非常重要。

結構分析和電磁分析的單獨進行，不僅會導致分析工作的重復，計算資源的浪費，而且也難以實現系統層面的優化。而在結構和電磁的順序分析過程中，又存在網格不匹配的問題。結構分析的網格往往不均勻，而電磁分析又需要均勻的網格。現有電磁分析軟件HFSS雖然具有網格自適應的功能，能夠對導入模型進行自動網格劃分，但是仍然疏密不均。對一般電尺寸的對象而言問題尚不突出，對電大尺寸模型則往往因為網格太多而無法計算。因此如何實現結構網格與電磁網格的轉換，如何滿足電磁模型的基本計算要求尤為重要。現有的反射面天線機電綜合分析方法均采用物理建模方式，對于復雜天線結構建模耗時較長。圖2為傳統分析方法中考慮部分結構參數的天線分析子流程圖，由圖2可見，這些現有的反射面天線機電綜合分析方法中，部分考慮了天線面板的變形，部分考慮到隨機風荷影響下的反射面天線集成穩健設計，還有考慮由熱載荷產生的熱變形對反射面天線電性能影響的研究。但是這些分析方法均未同時考慮天線實際加工中必然存在的制造誤差，由安裝和調試精度決定的隨機誤差以及外載荷作用下產生的系統誤差，致使這些分析方法僅適用于理想模型的分析，而其分析的精度和效率也受到制約，難以提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種基于誤差因素的反射面天線機電綜合分析方法，以實現對非理想天線模型的有效分析，提高其分析精度和分析效率。

實現本發明目的的技術方案是，在對天線進行幾何結構造型時，加入制造誤差，通過改變天線的描述精度控制制造誤差；在對天線進行有限元結構分析時，施加合理的環境載荷，通過控制載荷來控制系統誤差；進行結構分析，得到變形結構模型，通過自編的模型修改模塊，在變形結構模型中施加隨機誤差；通過自編的模型轉換模塊，將變形結構模型轉換為電磁分析模型，最終進行電磁計算，得到天線的電性能。具體步驟如下：

(1)根據天線加工的實際情況，確定天線制造誤差的量值，按如下步驟將其融入到天線的結構參數中，對天線進行幾何造型：

(1a)根據天線的具體形式以及電性能指標要求，提取天線的主要結構參數；

(1b)將結構參數按照相應的格式，寫成可編輯的文件格式；

(1c)利用現有的三維造型軟件，讀取天線結構參數的文本文件，得到天線的三維模型；

(1d)根據天線加工的實際情況，確定天線模型的描述精度，通過改變描述精度來仿真天線制造精度的改變；如制造誤差只在局部存在，通過輸入位置坐標，確定制造誤差施加的范圍。

(2)針對天線的幾何造型，建立天線的結構模型；

(3)根據天線的實際工作情況，確定環境載荷的量值，將環境載荷的量值施加到天線結構模型中，得到確定系統誤差的天線變形結構網格：

(4)根據天線變形結構網格，構建天線的變形結構模型；

(5)根據天線的實際工作環境，確定隨機誤差的量值，并將隨機誤差的量值施加到天線的變形結構模型中：

(6)將天線的變形結構模型轉換為天線電磁分析模型：

(6a)由天線的結構分析模型中的體單元提取出天線的表面單元；

(6b)對天線的表面單元進行修正，得到合理的表面模型；

(6c)對天線的表面模型網格進行重新劃分，構建電磁分析網格；

(6d)根據電磁分析網格，構建天線電磁分析模型；