[發(fā)明專利]最優(yōu)焦距下傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710269868.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107169174B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張樹(shù)新;段寶巖;李鵬;張逸群;杜敬利;宋立偉
• 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: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 張恒陽(yáng)

本發(fā)明公開(kāi)了一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括：輸入傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)；計(jì)算傘狀天線最優(yōu)焦距；計(jì)算最優(yōu)焦距下理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)；計(jì)算天線肋的分段數(shù)；計(jì)算肋上點(diǎn)的坐標(biāo)；計(jì)算相鄰肋間點(diǎn)的坐標(biāo)；生成傘狀天線所有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型；生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣；求解最優(yōu)焦距下的結(jié)構(gòu)有限元模型；近似計(jì)算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)變化量；計(jì)算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)；判斷電性能是否滿足要求；輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；更新天線參數(shù)。本發(fā)明考慮傘狀天線面片拼合特點(diǎn)，基于二階近似計(jì)算公式獲得最優(yōu)焦距下電性能，可提高機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雷達(dá)天線領(lǐng)域中的一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

由天線肋、金屬反射絲網(wǎng)、張力索網(wǎng)等組成的傘狀天線是星載天線結(jié)構(gòu)的一種。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、低成本的優(yōu)點(diǎn)，傘狀天線在航天應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。傘狀天線在軌過(guò)程中受到空間載荷的影響，將產(chǎn)生天線結(jié)構(gòu)變形，進(jìn)而影響天線電性能的實(shí)現(xiàn)。因此，針對(duì)傘狀天線在軌電性能惡化的問(wèn)題，需要進(jìn)行機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傘狀天線電性能最優(yōu)。由于傘狀天線所受空間載荷的多樣性，天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形形式是復(fù)雜多樣的，難以用較為解析的表達(dá)式進(jìn)行描述，加上天線結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)自由度眾多，直接采用物理光學(xué)法進(jìn)行計(jì)算將帶來(lái)運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，影響傘狀天線結(jié)構(gòu)的機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此需要針對(duì)傘狀天線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種快速實(shí)現(xiàn)天線電性能計(jì)算的方法，在保證計(jì)算精度的前提下，減少計(jì)算時(shí)間，進(jìn)而提高傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

張樹(shù)新等人在中國(guó)專利“基于單元形函數(shù)的反射面天線機(jī)電集成設(shè)計(jì)方法”(專利號(hào)：201410360160.7)中公開(kāi)了一種基于單元形函數(shù)的反射面天線機(jī)電集成設(shè)計(jì)方法。雖然該方法從通用的角度，提出了一種基于單元形函數(shù)的天線電性能快速計(jì)算方法，但對(duì)于采用曲面面片拼合而成的傘狀天線而言，該方法需要進(jìn)行一定的改進(jìn)，尤其是考慮傘狀天線面片拼合帶來(lái)的特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。N.Chahat,R.E.Hodges,J.Sauder,M.Thomson,E.Peral,Y.Rahmat-Samii等人在文獻(xiàn)“CubeSat deployable Ka-band mesh reflector antennadevelopment for earth science missions”(IEEE Trans.Antennas and Propagation,2016年第64卷第6期，2083-2093)公開(kāi)了一種工作在Ka頻段的立方星傘狀可展開(kāi)天線，并對(duì)傘狀天線面片拼合特性進(jìn)行了分析，指出了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電性能的影響。然而，其并沒(méi)有針對(duì)傘狀天線電性能快速計(jì)算給出一定的設(shè)計(jì)方法。因此，針對(duì)傘狀天線面片拼合而成的這一獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明在保證計(jì)算精度的前提下，考慮面片拼合的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能快速計(jì)算方法，并以此指導(dǎo)傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法基于二階近似計(jì)算公式，考慮傘狀天線采用曲面面片拼合而成，相鄰肋之間的曲面為拋物柱面的結(jié)構(gòu)特性，提出了最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能快速計(jì)算方法，并以此指導(dǎo)傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：最優(yōu)焦距下傘狀天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

(1)輸入傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)

輸入用戶提供的傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)；其中幾何參數(shù)包括口徑、焦距、偏置距離和肋數(shù)；材料參數(shù)包括索結(jié)構(gòu)、背架肋結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(shù)；電參數(shù)包括工作波長(zhǎng)、饋源參數(shù)、饋源初級(jí)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(nèi)的電性能要求；

(2)計(jì)算傘狀天線最優(yōu)焦距

根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)，按照下式計(jì)算傘狀天線最優(yōu)焦距：