[發明專利]基于機電耦合理論的變形陣列天線遠場方向圖分析方法

有效

• 申請號: 201710229466.2
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107103124B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）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（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: 姚詠華

本發明公開了一種基于機電耦合理論的變形陣列天線遠場方向圖分析方法，包括陣列天線結構幾何模型建立；陣列天線結構有限元模型的建立；輻射單元位置坐標的提取；根據輻射單元位置坐標計算輻射單元的空間相位參數以及考慮互耦效應的等效激勵參數，最后根據陣列天線遠場方向圖計算表達式得到變形陣列天線輻射遠場方向圖，據此可求解相關電磁性能參數，分析結構變形對陣列天線電性能的影響關系。本發明可精確分析變形陣列天線輻射特性，對于實際工作中的陣列天線電性能分析具有很強的工程意義。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種基于機電耦合理論的變形陣列天線遠場方向圖分析方法，可用于指導實際工作中的陣列天線電性能分析。

背景技術

陣列天線發展至今已有百余年歷史，由于其具有易于實現窄波束、低副瓣、多波束和相控波束掃描的能力，被廣泛用于無線電通信系統與雷達系統中。實際工作中的陣列天線會由于重力、風等外載荷產生變形(假定只造成陣元位置偏移，未造成指向偏轉)，進而造成天線的輻射性能退化，即與理想遠場方向圖產生偏差。

已有許多方法用于變形陣列天線遠場方向圖分析，但是這些方法很少考慮互耦效應。然而互耦效應是天線實際工作過程中不可忽視的重要因素之一。天線的機械誤差會造成陣元的位置發生改變，一方面會使得陣元空間相位發生改變；另一方面，由于陣元間相對位置發生變化，進而影響其互耦效應，以上兩者綜合作用使變形陣列天線輻射方向圖與理想方向圖產生偏差，不能滿足工程設計要求。

發明內容

針對現有變形陣列天線電性能分析方法的不足，本發明提供了一種基于機電耦合理論的變形陣列天線遠場方向圖分析方法，該方法考慮了陣元間的互耦效應，能夠精確分析變形陣列天線遠場方向圖，對實際工作中的陣列天線輻射性能預測具有重要意義。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種基于機電耦合理論的變形陣列天線遠場方向圖分析方法，包括如下步驟：

(1)根據天線的實際工程需求，確定陣列天線結構幾何參數以及材料參數，

(2)根據陣列天線結構幾何參數與材料參數，建立陣列天線結構幾何模型；

(3)根據陣列天線結構幾何模型及其工作環境，建立結構有限元分析模型；

(4)根據陣列天線的結構有限元模型，確定變形陣列天線輻射單元位置坐標；

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

(6)根據輻射單元空間相位參數及其等效激勵值，計算陣列天線遠場方向圖，分析其輻射特性。

進一步，所述步驟(1)中，陣列天線幾何參數包括輻射單元形式、陣元柵格排布形式和陣元間局；材料參數包括彈性模量、泊松比、熱膨脹系數和密度。

進一步，所述步驟(3)中，建立陣列天線結構有限元模型，按照如下步驟進行：

(3a)建立陣列天線的輻射單元、背架結構和加強筋的有限元結構；

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

(3c)施加相應邊界條件，即將步驟(3b)中的載荷施加到載荷作用的節點以及將支撐節點進行位移約束。

進一步，所述步驟(4)中，根據陣列天線結構有限元模型，確定變形陣列天線輻射單元位置坐標，按照如下步驟進行：

(4a)確定天線結構有限元離散節點位移信息，包括天線結構的質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣、結構節點載荷列陣、結構節點的位移列陣、速度列陣以及加速度列陣；

(4b)選擇輻射單元所在節點位移信息；