[發(fā)明專利]基于機(jī)電耦合的星載有源相控陣天線結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610089192.7
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105787160B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王從思;毛靜;王艷;周金柱;李娜;程景勝;鐘劍鋒;梁震濤;李斌;段寶巖;李鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.基于機(jī)電耦合的星載有源相控陣天線結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)根據(jù)星載有源相控陣天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，確定天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性、熱參數(shù)及電磁參數(shù)；

(2)根據(jù)星載有源相控陣天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性，提取有源安裝板中鋁蜂窩的物性參數(shù)和幾何參數(shù)；

(3)根據(jù)星載有源相控陣天線的電磁參數(shù)，確定陣元相位中心；

(4)根據(jù)星載有源相控陣天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性建立星載有源相控陣天線熱模型；

(5)根據(jù)星載有源相控陣天線的熱參數(shù)，在有限元模型上施加熱載荷，計(jì)算太空環(huán)境下的天線溫度場分布；

(6)轉(zhuǎn)換熱單元類型為對應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元類型，建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型，確定陣元相位中心節(jié)點(diǎn)；將溫度載荷施加于天線結(jié)構(gòu)有限元模型，計(jì)算星載有源相控陣天線陣面的熱變形；

(7)根據(jù)星載有源相控陣天線陣面熱變形，提取陣元相位中心節(jié)點(diǎn)位移；

(8)根據(jù)星載有源相控陣天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定星載有源相控陣天線的相位參考點(diǎn)，利用提取的陣元相位中心節(jié)點(diǎn)位移，基于機(jī)電耦合模型計(jì)算天線輻射方向圖，并計(jì)算變形天線的第一副瓣電平；

(9)判斷星載有源相控陣天線的第一副瓣電平是否超出容許范圍，如果沒有超出容許范圍，則可按步驟(10)進(jìn)行，否則轉(zhuǎn)至步驟(11)；

(10)基于鋁蜂窩高度，利用天線第一副瓣電平對于指標(biāo)的容許量，確定鋁蜂窩高度的變化量，修改鋁蜂窩的幾何參數(shù)，更新天線熱模型，轉(zhuǎn)至步驟(5)；

(11)確定鋁蜂窩的最佳高度，得到星載有源相控陣天線輕量化結(jié)構(gòu)方案；

所述步驟(10)中，第i次修改有源安裝板中鋁蜂窩的結(jié)構(gòu)參數(shù)按如下過程進(jìn)行：

(10a)根據(jù)星載有源相控陣天線的工作要求，確定第一副瓣電平指標(biāo)FSLL^o；

(10b)第i次計(jì)算變形天線第一副瓣電平對于指標(biāo)的容許量ΔFSLL_i：

ΔFSLL_i＝FSLL_i-FSLL^o

其中，F(xiàn)SLL_i為第i次天線第一副瓣電平，i≥1；

(10c)根據(jù)鋁蜂窩高度H_i及第一副瓣電平對于指標(biāo)的容許量ΔFSLL_i確定鋁蜂窩的高度變化量ΔH_i：

其中，β_i為[0，1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，可控制鋁蜂窩高度的變化量；

(10d)得到修改后的有源安裝板中鋁蜂窩幾何參數(shù)H_i+1：

H_i+1＝H_i-ΔH_i。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合的星載有源相控陣天線結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(1)中，星載有源相控陣天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括天線單元、基板、有源安裝板和T/R組件，以及天線排列形式；所述有源安裝板包括鋁蜂窩上面板、鋁蜂窩和鋁蜂窩下面板；所述天線排列形式包括行數(shù)、列數(shù)和單元間距；所述星載有源相控陣天線的材料屬性包括彈性模量、泊松比、密度、導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)；所述星載有源相控陣天線的熱參數(shù)包括T/R組件的熱功耗Q；所述星載有源相控陣天線的電磁參數(shù)包括天線單元的形式和天線的工作頻率f。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合的星載有源相控陣天線結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，對于結(jié)構(gòu)規(guī)則的天線陣元，確定陣元的幾何中心為星載有源相控陣天線陣元的相位中心。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合的星載有源相控陣天線結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(4)按如下過程進(jìn)行：

(4a)根據(jù)步驟(3)在陣元相位中心處設(shè)置硬點(diǎn)；

(4b)在ANSYS中建立天線、鋁蜂窩上面板、鋁蜂窩、鋁蜂窩下面板及T/R組件的熱模型。