[發明專利]基于機電耦合模型的變形對數周期天線電性能預測方法無效

申請號：	201110076670.8	申請日：	2011-03-29
公開（公告）號：	CN102253290A	公開（公告）日：	2011-11-23
發明（設計）人：	王從思;王猛;段寶巖;保宏;黃進;徐慧娟;呂曉方;李兆;朱敏波;陳光達;米建偉;王偉	申請（專利權）人：	王從思
主分類號：	G01R31/00	分類號：	G01R31/00
代理公司：	西安通大專利代理有限責任公司 61200	代理人：	徐文權
地址：	710071 陜西***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于機電耦合模型變形對數周期天線性能預測方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體是一種水平極化扇形對數周期天線陣列電性能預測方法，用于指導對數周期天線的結構設計和電性能仿真分析與評價。

背景技術

對數周期偶極天線(LOG-PERIODIC?DIPOLE?ARRAYS)簡稱LPDA，是一種結構簡單、性能優良的極寬頻帶天線，它主要應用于短波、超短波、微波等波段的通信、測向、搜索、電子對抗等方面，用途廣泛。簡單舉例：在短波波段，它可作為利用天波傳播的通信天線或測向天線；在超短波段，它可作為電視共用天線系統的理想接收天線或寬帶通信、電子對抗天線等；在微波波段，它常作為拋物面反射器、角形反射器天線或透鏡天線的饋源、以及相控陣天線中的輻射單元或超寬帶通信的通信天線。由于它的寬帶特性，常被用作電磁干擾、電磁兼容、縮距測試場及其它測試實驗用天線。在實際的應用中，為了增強天線的方向性，以及獲得更高的發射功率，大都是采用將對數周期天線進行組陣的方法。首先，陣列天線在空間上可以實現方向上的電掃描能力，并使用多波束技術，從而實現真正的多目標干擾能力；其次使用陣列天線，在最優激勵下實現空間功率合成，從而解決單個功放輸出功率的限制。

對于車載對數周期天線而言，除受到安裝精度影響外，還受到自身的重力載荷、車載環境中的振動、隨機風荷的作用。這些因素導致的變形會使集合線長度和振子單元位置及自身形狀發生變化，從而使得各振子單元的電流分布改變，影響天線遠場方向圖，降低天線的增益，破壞對數周期天線的非頻變特性。因此，有必要根據電性能的變化情況提出對天線結構設計的要求。也就是說，LPDA結構設計與電磁設計之間存在著緊密的相互影響、相互制約的關系，屬于多場耦合問題，稱之為機電耦合問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有對數周期偶極天線分析技術中往往忽視機械位移場和電磁場之間的耦合關系，而單獨考慮其一個方面的影響，導致LPDA結構和熱設計中機電分離。為此，本發明提出了一種基于機電耦合模型的變形對數周期天線電性能預測方法，以實現對數周期天線機電兩場耦合的電性能預測，用以指導其結構設計。

實現本發明目的的技術方案是，提供一種基于機電耦合模型的變形對數周期天線電性能預測方法，基于有限元分析得到對數周期天線在自重及隨機風等環境載荷作用下引起的結構位移，從而確定各振子單元的位置及自身變形，利用網絡理論得到各振子單元激勵電流的幅度和相位，再對各單元的輻射遠場應用疊加定理，最終得到基于機電耦合分析后的天線電性能。

該方法包括下述步驟：

(1)根據對數周期天線的結構參數，確定其結構有限元模型，得到每個振子單元各節點的理論坐標

(2)利用對數周期天線的有限元模型，確定其約束條件和邊界條件，根據重力、風荷兩種環境載荷，確定該天線的全部等效載荷，得到包括每個振子單元各節點的位置偏移量在內的結構位移場；

(3)由振子單元各節點的理論坐標加上振子單元各節點的位置偏移量得到變形后的位置坐標

(4)根據振子單元中心節點的位置，計算各段集合線的長度，根據網絡理論計算出各振子單元中心饋電點的電流分布；

(5)根據振子單元的位置及轉角，確定輻射單元位置變化在遠區目標處導致的空間相位誤差

(6)利用振子單元的單元方向圖和其電流分布以及輻射場的相位分布，加上輻射單元的排列形式，計算對數周期天線遠場方向圖、波束指向和3dB波束寬度這些電性能參數；

(7)根據對數周期天線的電性能指標要求，判斷計算出的天線電性能參數是否滿足要求，如果滿足要求則天線結構設計合格；否則，修改結構設計參數，并重復步驟(1)至步驟(6)，直至滿足要求。

本發明進一步的特征在于：

所述步驟(5)確定輻射單元的相位差，按如下過程進行：

(5a)設定目標相對于坐標系所在的方向以方向余弦表示為并根據目標與坐標系的空間幾何關系，得到目標相對于坐標軸的夾角與方向余弦的關系為：

式中，各個參數分別為目標相對于坐標系所在的方向的方向正弦和方向余弦；