[發明專利]基于機電耦合模型的偏置反射面天線電性能預測方法

有效

• 申請號: 201210266151.2
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102788920A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 王從思;徐慧娟;李兆;段寶巖;康明魁;王偉;黃進;保宏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 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

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體是一種基于機電耦合模型的偏置反射面天線電性能預測方法。

背景技術

偏置反射面天線（Offset?Reflector?Antennas）是一種廣泛應用于移動通信衛星、高功率微波武器以及搜索、偵察等各種雷達中。當其工作頻段較高時，結構因素對天線的輻射性能影響較大。大型可展開薄膜或索網偏置拋物面天線的應用帶來的低副瓣的需求，要求能精確計算表面誤差對天線副瓣的影響。影響偏置拋物面天線電性能的結構因素主要包括反射面表面誤差與饋源誤差。反射面表面誤差包括在外載荷，如風、振動、太陽照射等作用下的反射面表面變形誤差，以及背架和面板制造、裝配過程中產生的反射面隨機誤差。外載荷除導致主反射面變形外，還會引起饋源誤差，即饋源的位置偏移和指向偏轉。

高頻率、低副瓣、輕重量的發展趨勢，對偏置拋物面天線的結構設計與工藝提出了更高的要求。而傳統的設計方法在保證電性能同時常常會對結構設計提出苛刻的要求。過高的結構精度要求雖然可保證天線的工作性能，但卻會使其成本大大提高，甚至出現受技術水平和實際工作環境限制，無法滿足給定精度要求的情況。因此，有必要根據電性能的指標要求準確地提出對天線結構設計的要求。也就是說，通過建立偏置反射面結構設計與電磁設計之間相互影響、相互制約的關系，即利用機電耦合方法來預測各種結構方案下的天線電性能。

發明內容

本發明的目的是針對現有偏置反射面天線分析技術中往往忽視結構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，導致偏置拋物面天線結構和熱設計中機、電分離。為此，本發明提出了一種基于機電耦合模型的偏置反射面天線電性能的預測方法，以實現基于偏置反射面天線機電兩場耦合的電性能預測，用以指導其結構設計。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

基于機電耦合模型的偏置反射面天線電性能預測方法，該方法包括下述步驟：

（1）根據偏置反射面天線的結構參數以及材料屬性，在I-DEAS中構建其有限元模型；

（2）根據天線的位置朝向以及太陽的熱輻射分布，在I-DEAS中分析得到偏置反射面天線的有限元模型各個節點的溫度分布；

（3）將偏置反射面天線的有限元模型文件讀入Ansys文件中；

（4）給定偏置反射面天線有限元模型約束條件，基于各節點的溫度分布，計算在不同溫度載荷情況下的偏置反射面天線有限元模型產生的變形，并提取偏置反射面天線有限元模型各個節點的誤差；

（5）根據偏置反射面天線有限元模型各個節點的誤差，計算出偏置反射面天線在不同溫度載荷情況下的反射面誤差和饋源誤差對天線口徑場幅度相位的影響項，進而利用機電耦合模型，計算偏置反射面天線的電性能；

（6）根據偏置反射面天線的電性能指標要求，判斷計算出的偏置反射面天線電性能是否滿足要求，如果滿足要求，則偏置反射面天線結構設計合格；否則，修改偏置反射面天線的結構參數，并重復步驟（1）到步驟（5），直至滿足要求。

所述步驟（1）中偏置反射面天線的結構參數包括天線口徑D、焦距f、偏置高度H、母拋物面口徑D_p和焦徑比F/D_p；偏置反射面天線的材料屬性包括密度、熱傳導率、比熱、泊松比、彈性模量、熱膨脹系數、吸收率和發射率。

所述步驟（4）中反射面天線有限元模型各個節點的誤差，包括反射面節點軸向誤差△z、饋源位置誤差d(δ(β))和饋源指向誤差(△ξ(δ(β)),△φ′(δ(β)))。

所述步驟（5）中計算出偏置反射面天線在不同溫度載荷情況下的反射面誤差，按如下過程進行：

（5a）在x₀y₀z₀坐標系下，當偏置反射面天線存在反射面節點軸向誤差△z時，偏置反射面天線的波程差為：