[發明專利]最優焦距下傘狀天線機電集成優化設計方法

有效

• 申請號: 201710269868.5
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107169174B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 張樹新;段寶巖;李鵬;張逸群;杜敬利;宋立偉
• 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: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張恒陽

1.最優焦距下傘狀天線機電集成優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)輸入傘狀天線幾何參數、材料參數與電參數

輸入用戶提供的傘狀天線幾何參數、材料參數與電參數；其中幾何參數包括口徑、焦距、偏置距離和肋數；材料參數包括索結構、背架肋結構和金屬絲網結構的尺寸、材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比和天線載荷參數；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；

(2)計算傘狀天線最優焦距

根據用戶提供的天線幾何參數，按照下式計算傘狀天線最優焦距：

其中，f_s表示傘狀天線最優焦距，下標s表示區別于理想天線的傘狀天線，f表示用戶輸入的傘狀天線幾何參數中的焦距，π表示圓周率，N表示肋數；

(3)計算最優焦距下理想天線遠區電場

根據傘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，將饋源平移至最優焦距位置處，采用物理光學法計算最優焦距下理想天線遠區電場；

(4)根據用戶提供的天線幾何參數與電參數計算天線肋的分段數；

(5)根據用戶提供的天線幾何參數與肋的分段數，計算肋上點的坐標；

(6)計算相鄰肋間點的坐標

根據相鄰肋構成拋物柱面的特性，結合肋上點坐標計算相鄰肋間點的坐標；根據傘狀天線圓形口徑的閉合特性，計算第N根肋與第1根肋構成的肋間點的坐標；

(7)生成傘狀天線所有節點坐標

將計算得到的肋上點坐標、相鄰肋間點的坐標與原點坐標合并在一起，并按照傘狀天線最優焦距位置，將傘狀天線沿z方向整體平移至最優焦距對應的位置，按照下式得到最優焦距下傘狀天線所有節點坐標：

x′_p＝x_p

y′_p＝y_p

z′_p＝z_p-f_s

其中，x_p、y_p、z_p分別表示平移之前傘狀天線第p個節點x向、y向、z向坐標，下標p表示節點在所有節點中的編號，x′_p、y′_p、z′_p分別表示平移之后，位于最優焦距下的傘狀天線第p個節點x向、y向、z向坐標，f_s為傘狀天線最優焦距，下標s表示區別于理想天線的傘狀天線；

(8)建立最優焦距下傘狀天線結構有限元模型

根據用戶提供的天線幾何參數、材料參數以及最優焦距下傘狀天線所有節點坐標，建立最優焦距下傘狀天線結構有限元模型，其中索結構采用只受拉的桿單元進行建模，背架肋結構采用梁單元進行建模，金屬絲網結構采用殼單元進行建模；

(9)生成最優焦距下總體電性能一階、二階系數矩陣；

(10)求解最優焦距下的結構有限元模型

針對已建立的傘狀天線結構有限元模型，添加結構位移、自由度約束或者邊界條件；根據傘狀天線的載荷參數，在結構有限元模型上施加工作載荷；在此基礎上，利用有限元軟件對結構有限元模型進行求解，獲得節點位移、單元應力；

(11)近似計算最優焦距下傘狀天線遠區電場變化量

結合結構有限元模型生成的節點位移、最優焦距下總體電性能一階、二階系數矩陣，通過下式近似計算最優焦距下傘狀天線遠區電場變化量：

其中，表示最優焦距下傘狀天線遠區電場變化量，j表示虛數單位，k表示自由空間波數，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數的指數運算，R表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，G表示總體電性能一階系數矩陣，H表示總體電性能二階系數矩陣，Δz表示求解結構有限元模型后得到的節點軸向位移列向量，Δz²表示求解結構有限元模型后得到的節點軸向位移乘積列向量；

(12)計算最優焦距下傘狀天線遠區電場；

(13)判斷電性能是否滿足要求

判斷最優焦距下傘狀天線遠區電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內的電性能要求，如果滿足要求則轉至步驟(14)，否則轉至步驟(15)；

(14)輸出天線結構設計方案

當最優焦距下傘狀天線遠區電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結構設計方案；

(15)更新天線參數

當最優焦距下傘狀天線遠區電場不滿足天線電性能要求時，更新天線參數，轉至步驟(1)。