[發明專利]面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取方法

有效

• 申請號: 201710070442.7
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN106934097B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張樹新;杜敬利;張岳震;張潔;楊東武;張逸群
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張恒陽

本發明公開了一種面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取方法，包括：輸入天線幾何參數、材料參數、電參數與模態截斷因子；計算理想天線遠區電場；建立天線結構有限元模型；提取節點、單元與形函數信息；計算單元電性能一階系數矩陣；組集總體電性能一階系數矩陣；進行天線結構模態分析；輸出模態矩陣；計算電性能對模態的一階靈敏度；輸出模態振型等效質量分數；計算電性能對模態的重要性因子；判斷重要性因子是否大于模態截斷因子；若滿足則選取；否則舍棄。本發明克服了傳統動力學模態選取方法的不足，實現了在模態選取過程中完整考慮各階模態對天線電性能的影響，解決了面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取的問題。

技術領域

本發明屬于雷達天線技術領域，具體涉及雷達天線領域中的一種面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取方法。

背景技術

網狀天線由于其質量輕、收攏體積小等優點被逐漸應用于空間天線設計中。網狀天線在軌運行過程中，周期性地受到太空輻射熱、沖擊等動力載荷的影響。動力載荷帶來的天線表面變形將引起天線結構發生振動，電性能增益下降、副瓣電平上升，波束傾斜，嚴重影響天線的工作性能。為了分析動力載荷對網狀天線電性能的影響，需要首先建立天線結構動力學模型。網狀天線動力學模型的建立與分析是求解動力載荷對天線電性能影響的關鍵步驟。網狀天線結構跨度大，質量輕，結構阻尼弱等特征使天線結構具有低振動頻率，模態密集，結構非線性等復雜動力特征。按照天線結構的節點與單元信息建立完整的動力學模型將使得求解異常復雜，如何從復雜的模態集合中選取影響動力學模型的關鍵模態，是后續建立恰當動力學模型的核心問題。

Gawaronski在文獻“Advanced structural dynamics and active control ofstructures”(NewYork,Springer,2004年出版)中，公開了一種采用傳遞函數H2范數為性能指標，分析各個模態及其相關性對傳遞函數H2范數影響的大小，進行動力學模態的選取，但該方法僅僅可以適用于面向結構動力響應的模態選取，無法實現面向電性能的動力學關鍵模態選取。張潔、黃進、宋瑞雪、邱麗麗在中國專利“一種面向控制的大型天線建模方法”(授權號：ZL201310496650.5)中提出了一種面向控制的大型天線動力學建模方法，該方法同樣沒有直接建立面向電性能進行動力學模型的建立與關鍵模態選取。因此，針對空間網狀天線的動力學關鍵模態選取問題，提出了一種面向電性能的關鍵動力學模態選取方法，克服了傳統動力學模態選取方法的不足，實現了在模態選取過程中完整考慮各階模態對天線電性能的影響，解決了面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取的問題。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取方法。該方法從機電集成的角度出發，完整考慮各階模態對天線電性能的影響，進行空間天線面向電性能的關鍵動力學模態的選取。

本發明的技術方案是：面向電性能的空間網狀天線關鍵動力學模態選取方法，包括如下步驟：

(1)輸入天線幾何參數、材料參數、電參數與模態截斷因子

輸入用戶提供的空間網狀天線的幾何參數、材料參數、電參數與模態截斷因子；其中幾何參數包括口徑、焦距、偏置距離、前后網面最小距離；材料參數包括索結構、桁架結構和金屬絲網結構的材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比；電參數包括工作波長、饋源參數、饋源初級方向圖以及包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內的電性能要求；模態截斷因子為無量綱小數；

(2)計算理想天線遠區電場

根據空間網狀天線幾何參數中的口徑、焦距、偏置高度，電參數中的工作波長、饋源參數、饋源初級方向圖，采用物理光學法計算理想天線遠區電場；

(3)建立天線結構有限元模型