[發明專利]基于機電耦合的圓柱共形陣列天線結構公差快速確定方法

有效

• 申請號: 201610041249.6
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105718662B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王從思;薛敏;康明魁;王艷;李鵬;李娜;杜敬利;黃進;毛靜;王志海;王璐;邱穎霞
• 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
• 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

本發明公開了一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線結構公差的快速確定方法，包括：確定圓柱共形陣列天線的結構參數和電磁工作參數；分別給出初始陣元周向和軸向位置公差，確定陣面內所有陣元的周向和軸向位置誤差隨機量；計算存在誤差時的陣元新位置；建立陣元直角坐標系和陣元球坐標系并計算陣元和陣列直角坐標系下的陣元方向圖；根據口面加權分布確定陣元激勵幅度和相位；計算每個陣元在目標處的空間相位差；利用圓柱共形陣列天線機電耦合模型計算存在誤差時的天線電性能參數；判斷該結構公差條件下的天線電性能是否滿足要求。本發明有效解決了圓柱共形陣列天線結構方案快速確定與分配天線結構公差的問題，可用于指導天線結構方案的評價。

技術領域

本發明屬于雷達天線技術領域，具體涉及一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線結構公差的快速確定方法，可用于指導圓柱共形陣列天線結構公差的快速確定及結構方案的評價。

背景技術

共形陣列天線是一種與物體外形保持一致的天線，其具有節省載體的結構空間、不影響載體的空氣動力學性能，減小雷達的散射截面積等優點，已經廣泛應用于航空航天領域，其中圓柱共形陣列天線是最常見的共形天線形式，已經被廣泛應用于各種雷達系統中。

隨著世界軍事技術的發展，對共形陣列天線的戰術、技術指標要求也越來越高，其中共形天線的口徑、增益、副瓣電平、波束指向等電性能與其有著密切的關系，很大程度上決定了共形陣列天線的性能。而共形陣列天線的電性能不僅取決于饋電系統的幅度相位誤差，更易受到陣元周向位置誤差與陣元軸向位置誤差的影響，而這又受制于共形陣列天線的結構設計。

共形陣列天線陣面的加工安裝會導致陣面產生隨機誤差，使陣元位置產生誤差；另外，由于共形陣列天線復雜工作環境會導致共形陣列天線在工作狀態下發生結構變形，也會引起陣元位置誤差，例如機載天線在飛行中會帶來振動激勵。可見，共形陣列天線的加工安裝及環境載荷導致陣面結構誤差，都將會導致天線陣元的位置發生變化，以致引起天線的副瓣電平、增益、波束指向發生改變等問題，嚴重影響天線電性能。為此，如何根據天線電性能指標要求，快速確定天線結構公差，進行結構設計，并評估結構方案，是研制高性能共形陣列天線過程中必然會遇到的一個難題。

目前，解決該難題通常有以下幾種做法：(1)利用高頻近似方法進行求解，如Schippers H,Spalluto G,Vos G.Radiation analysis of conformal phased arrayantennas on distorted structures[J].2003.中利用這種方法分析環境載荷下的共形陣列天線的輻射特性。但使用高頻近似方法求解時，需計算曲面上的爬行繞射波，為此必須先確定繞射線的軌跡，公式計算復雜，而且曲面必須是光滑和電大尺寸，當天線單元數目過多時，利用此算法，很難求解出存在誤差時共形陣列天線的輻射性能。(2)推導了圓柱共形線陣天線存在軸向位置誤差時天線的方向圖計算公式。這種方法將圓柱共形線陣天線當做平面陣列天線來處理，當圓柱共形天線存在軸向位置誤差時，只影響陣元空間相位差，波束指向不發生改變。這種方法并未對圓柱共形陣列天線周向位置誤差進行分析。(3)加工共形陣列天線樣件，根據實測電性能結果，多次修改方案以確定結構公差。這種方法導致共形陣列天線的設計周期嚴重延長，成本大大增加，不能滿足目前我國雷達快速研制的需求。

因此，有必要深入研究共形陣列天線結構與電磁之間的耦合關系以準確確定滿足天線電性能指標的結構公差。

發明內容

基于上述問題，本發明提供一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線結構公差的快速確定方法，以便有效解決在圓柱共形陣列天線結構方案設計時難以快速確定與分配天線結構公差的問題，可用于指導圓柱共形陣列天線陣元軸向位置誤差和周向位置誤差的制定與分配，以及圓柱共形陣列天線結構方案的評價。

實現本發明目的的技術解決方案是，一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線結構公差的快速確定方法，該方法包括下述步驟：

(1)確定圓柱共形陣列天線的結構參數和電磁工作參數；