[發明專利]基于機電耦合的星載有源相控陣天線組件熱功耗確定方法

有效

• 申請號: 201610089283.0
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105760600B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 王從思;毛靜;王艷;王偉;宋立偉;程景勝;朱敏波;陳光達;保宏;米建偉;李申
• 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

本發明公開了基于機電耦合的星載有源相控陣天線組件熱功耗確定方法，包括：確定天線結構參數、材料屬性及電磁參數；確定T/R組件熱參數；確定天線陣元相位中心；建立天線熱模型，施加熱載荷及邊界條件，計算太空環境下的天線溫度場分布；轉換熱單元類型，建立天線結構有限元模型，施加溫度載荷及結構約束，計算天線陣面熱變形；確定天線相位參考點，提取陣元相位中心節點位移，基于機電耦合模型計算變形天線的增益損失；判斷是否超出允許范圍，修改T/R組件的熱參數；確定T/R組件熱功耗最大值。本發明能有效確定星載有源相控陣天線組件的熱功耗，不僅對星載有源相控陣天線的組件設計提供指導，還可根據天線結構溫度場分布，對組件位置布局提供指導。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體是基于機電耦合的星載有源相控陣天線組件熱功耗確定方法。可用于確定星載有源相控陣天線組件熱功耗的最大值，還可以根據組件熱功耗預測天線電性能，對天線組件設計及布局有指導意義。

背景技術

自20世紀50年代以來，隨著星載天線的飛躍式發展，對天線多功能、多波段、遠距離、高功率等性能要求越來越高。而小口徑、低增益天線已無法實現大數據傳輸容量的需求，星載有源相控相控陣自此得到了廣泛的研究與應用。

有源相控陣天線每個輻射器都配有發射/接收組件(即T/R組件)，每個天線都可以產生、接收電磁波，所以陣列天線結構會包含有成千上萬的發熱器件，其工作所產生的熱量作用于天線結構會使陣面發生變形。此外，T/R組件的性能會受溫度變化而變化。而在星載環境中，無法對天線結構進行散熱及溫度一致性設計，故天線自身產熱以及環境極端溫度、熱梯度的影響，會嚴重影響天線的陣面的平面度及電性能。關于星載有源相控陣天線熱變形對電性能影響的研究主要包括兩大類：①熱變形的計算。如在文獻韋娟芳,關富玲,趙人杰等.星載微帶陣天線的熱變形分析及實驗驗證[J].中國空間科學技術,2002,6:63-68中，作者通過建立拉-彎耦合效應力學方程研究了星載陣列天線的熱變形分析，這是我國首次對星載微帶天線陣天線進行熱變形實驗。②電性能計算。此方面研究多采用數值方法進行求解，如文獻Verpoorte J,Schippers H,Vos G.Technology for conformal load-bearing antennas on aircraft structures[J].2000.采用數值方法計算了星載微帶陣列天線變形后的方向圖，過程繁瑣、耗時。總之，上述方法都不能直接預估組件熱功耗大小對電性能的影響程度。每有一個熱功耗，便需進行大量計算才可以得到天線的電性能。

因此，有必要基于機電耦合模型確定星載有源相控陣天線的組件熱功耗的最大值，不僅可以預測其對電性能的影響，也對天線組件布局有指導意義。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了基于機電耦合的星載有源相控陣天線組件熱功耗確定方法，該方法基于機電耦合模型，將T/R組件發熱引起的星載有源相控陣天線陣面熱變形與天線電性能直接聯系起來，通過分析可以明確T/R組件熱功耗對天線電性能的影響規律，進而可以得到T/R組件熱功耗的最大值，對組件設計及結構設計都具有指導意義。

實現本發明的技術解決方案是，基于機電耦合的星載有源相控陣天線組件熱功耗確定方法，該方法包括下述步驟：

(1)根據星載有源相控陣天線的服役環境和工作要求，確定星載有源相控陣天線的結構參數、材料屬性及電磁參數；

(2)根據星載有源相控陣天線的工作要求，確定有源安裝板底部T/R組件的熱參數；

(3)根據星載有源相控陣天線的電磁參數，確定陣元相位中心；

(4)根據星載有源相控陣天線的結構參數、材料屬性建立星載有源相控陣天線熱模型；

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