[發(fā)明專利]基于機(jī)電耦合理論的變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710229466.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN107103124B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁順喜;王偉;錢思浩;葛潮流;段寶巖;周金柱;唐寶富;鐘劍鋒;張軼群;徐文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): 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: 姚詠華

1.基于機(jī)電耦合理論的變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據(jù)天線的實(shí)際工程需求，確定陣列天線結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)以及材料參數(shù)；

(2)根據(jù)陣列天線結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)與材料參數(shù)，建立陣列天線結(jié)構(gòu)幾何模型；

(3)根據(jù)陣列天線結(jié)構(gòu)幾何模型及其工作環(huán)境，建立結(jié)構(gòu)有限元分析模型；

(4)根據(jù)陣列天線的結(jié)構(gòu)有限元模型，確定變形陣列天線輻射單元位置坐標(biāo)；

(5)由輻射單元位置坐標(biāo)，確定輻射單元空間相位參數(shù)以及考慮互耦效應(yīng)的等效激勵(lì)值；

(6)根據(jù)輻射單元空間相位參數(shù)及其等效激勵(lì)值，計(jì)算陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，分析其輻射特性；

所述步驟(5)中，確定輻射單元空間相位參數(shù)以及考慮互耦效應(yīng)的激勵(lì)值，按照如下步驟進(jìn)行：

(5a)根據(jù)步驟(4)中獲得的變形陣列天線輻射單元位置坐標(biāo)，按照下式計(jì)算第i個(gè)輻射單元空間相位參數(shù)：

其中，j為虛數(shù)單位，k為電磁波在自由空間中的傳播常數(shù)，為第i個(gè)單元位矢，為輻射空間單位向量；

(5b)根據(jù)步驟(4)中獲得的變形陣列天線輻射單元位置坐標(biāo)，按照下式計(jì)算考慮互耦效應(yīng)的輻射單元激勵(lì)值：

I_d＝C_dI₀

其中，為天線變形后輻射單元等效激勵(lì)矩陣，為天線變形前輻射單元激勵(lì)矩陣，C_d為考慮變形信息的陣列天線互耦矩陣；

所述步驟(6)中，根據(jù)輻射單元空間相位參數(shù)以及等效激勵(lì)值，確定變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，按照以下步驟進(jìn)行：

(6a)根據(jù)步驟(5a)計(jì)算得到輻射單元空間相位參數(shù)，確定如下矩陣

M_d＝[f₁SP₁,f₂SP₂,…,f_NSP_N]^T

式中，f_i、SP_i分別為第i個(gè)輻射單元的單元方向圖與空間相位因子，i＝1～N；

(6b)根據(jù)步驟(5b)計(jì)算結(jié)果以及步驟(6a)計(jì)算結(jié)果，利用下式計(jì)算變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖：

式中，M_d矩陣由步驟(6a)給出，I_d為天線變形后輻射單元等效激勵(lì)矩陣；

(6c)根據(jù)步驟(6b)計(jì)算變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，獲得第一副瓣電平參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合理論的變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析方法，其特征在于，所述步驟(1)中，陣列天線幾何參數(shù)包括輻射單元形式、陣元柵格排布形式和陣元間局；材料參數(shù)包括彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)和密度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合理論的變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析方法，其特征在于，所述步驟(3)中，建立陣列天線結(jié)構(gòu)有限元模型，按照如下步驟進(jìn)行：

(3a)建立陣列天線的輻射單元、背架結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)筋的有限元結(jié)構(gòu)；

(3b)確定陣列天線工作環(huán)境參數(shù)，包括重力載荷、風(fēng)載荷、溫度載荷和雨雪載荷；

(3c)施加相應(yīng)邊界條件，即將步驟(3b)中的載荷施加到載荷作用的節(jié)點(diǎn)以及將支撐節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位移約束。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電耦合理論的變形陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖分析方法，其特征在于，所述步驟(4)中，根據(jù)陣列天線結(jié)構(gòu)有限元模型，確定變形陣列天線輻射單元位置坐標(biāo)，按照如下步驟進(jìn)行：

(4a)確定天線結(jié)構(gòu)有限元離散節(jié)點(diǎn)位移信息，按照下式計(jì)算：

其中，K₁、K₂、K₃分別為天線結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣以及剛度矩陣，F(xiàn)為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)載荷列陣，δ分別為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位移列陣、速度列陣以及加速度列陣；

(4b)選擇輻射單元所在節(jié)點(diǎn)位移信息

其中，T為選擇矩陣，其具體參數(shù)取決于天線結(jié)構(gòu)有限元模型節(jié)點(diǎn)分布，N為陣列天線輻射單元個(gè)數(shù)；分別為第i個(gè)輻射單元在直角坐標(biāo)系三個(gè)軸向方向上的偏移量，i＝1～N；

(4c)計(jì)算變形陣列天線輻射單元位置坐標(biāo)，按照下式求解：

其中，矩陣P₀為陣元理想位置矩陣，x_i′、y_i′、z_i′分別為天線結(jié)構(gòu)變形后第i個(gè)輻射單元在直角坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，i＝1～N。