[發(fā)明專利]基于機電耦合的圓柱共形陣列天線臨界載荷的快速確定方法

在審

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• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107703374A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王從思;李海華;應(yīng)康;薛敏;朱誠;曹運合;王志海;張潔;米建偉;彭雪林;黃進
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線臨界載荷的快速確定方法，可以用于定量評價圓柱共形陣列天線的臨界載荷值，從而指導(dǎo)圓柱共形陣列天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

共形陣列天線是一種與物體外形保持一致的天線，其具有節(jié)省載體的結(jié)構(gòu)空間、不影響載體的空氣動力學(xué)性能，減小雷達的散射截面積等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，其中圓柱共形陣列天線是最常見的共形天線形式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種雷達系統(tǒng)中。

隨著世界軍事技術(shù)的發(fā)展，對共形陣列天線的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)要求也越來越高，其中共形天線的口徑、增益、副瓣電平、波束指向等電性能與其有著密切的關(guān)系，很大程度上決定了共形陣列天線的性能。風(fēng)荷、高溫、低溫、沖擊、振動等工作載荷引起共形陣列天線的結(jié)構(gòu)變形，陣元位置發(fā)生偏移，導(dǎo)致天線電性能發(fā)生改變，嚴(yán)重制約了共形陣列天線優(yōu)良性能的實現(xiàn)。為了保證共形天線在工作環(huán)境中的性能，需要使共形天線工作在一定的載荷范圍內(nèi)。因此，需要確定共形天線的臨界載荷，在臨界載荷范圍內(nèi)，共形天線雖然也會發(fā)生變形，共形天線電性能下降，但在該臨界載荷范圍內(nèi)共形天線電性能下降較少，共形天線依然滿足使用要求。

目前，國內(nèi)外針對載荷環(huán)境對天線電性能的影響做了大量研究，Knott P等人提出了一種共形線陣的數(shù)學(xué)模型，并測試分析環(huán)境載荷對共形線陣天線電性能的影響，此方法可以計算出載荷環(huán)境對共形天線電性能的影響，但其并沒有給出以電性能為指標(biāo)的該共形天線模型的適用載荷范圍，并且該分析方法目標(biāo)局限、過程復(fù)雜，不易實現(xiàn)。周金柱等人研究了載荷對天線電性能的影響，天線在載荷作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，會影響天線的主波束方向、增益和副瓣，但也沒有確定該天線可正常工作的載荷范圍，沒有給出天線的臨界載荷。對于臨界載荷的研究，目前大多是以結(jié)構(gòu)力學(xué)性能為目標(biāo)來確定天線的臨界載荷，給出了天線結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定時的臨界載荷，并沒有考慮天線的電性能。

因此，有必要深入研究圓柱共形陣列天線結(jié)構(gòu)與電磁之間的耦合關(guān)系以準(zhǔn)確確定圓柱共形陣列天線的臨界載荷，給出圓柱共形陣列天線可應(yīng)用的載荷范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線臨界載荷的快速確定方法，以便有定量評價圓柱共形陣列天線的臨界載荷值，從而指導(dǎo)圓柱共形陣列天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種基于機電耦合的圓柱共形陣列天線臨界載荷的快速確定方法，該方法包括下述步驟：

(1)確定圓柱共形陣列天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁工作參數(shù)；

(2)給出圓柱共形陣列天線所受的載荷初值；

(3)利用力學(xué)分析軟件對圓柱共形陣列天線進行結(jié)構(gòu)載荷變形分析，其結(jié)構(gòu)載荷包括振動載荷、熱載荷；

(4)基于圓柱共形陣列天線進行結(jié)構(gòu)載荷變形分析的結(jié)果，獲得每個陣元的周向、軸向位置偏移量，求出變形后陣元的新位置；

(5)根據(jù)變形后陣元的新位置，建立陣元直角坐標(biāo)系及陣元球坐標(biāo)系；

(6)確定陣元直角坐標(biāo)系與陣元球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣；

(7)基于陣元球坐標(biāo)系下的陣元方向圖，利用陣元直角坐標(biāo)系與陣元球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，求出陣元直角坐標(biāo)系下的陣元方向圖；

(8)根據(jù)變形后陣元的新位置，確定陣元直角坐標(biāo)系與陣列直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；

(9)基于陣元直角坐標(biāo)系下的陣元方向圖，利用陣元直角坐標(biāo)系與陣列直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，求出陣列直角坐標(biāo)系下的陣元方向圖；

(10)根據(jù)口面加權(quán)分布，確定陣元激勵幅度和相位；

(11)結(jié)合圓柱共形陣列天線相位參考點的位置和變形后陣元的新位置，計算每個陣元在目標(biāo)處的空間相位差；

(12)利用圓柱共形陣列天線機電耦合模型，計算存在該載荷作用下圓柱共形陣列天線的方向圖；根據(jù)圓柱共形陣列天線的方向圖，計算天線電性能參數(shù)，并分析電性能相對圓柱共形陣列天線設(shè)計指標(biāo)的惡化程度；

(13)根據(jù)天線設(shè)計指標(biāo)要求增益損失小于0.5dB，判斷計算出的電性能參數(shù)是否不滿足要求，如果不滿足要求則該載荷值即為圓柱共形陣列天線的載荷臨界值；否則增加載荷大小，并重復(fù)步驟(2)至步驟(12)，直至不滿足指標(biāo)要求。

進一步，所述步驟(1)中確定圓柱共形陣列天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁工作參數(shù)，包括下述步驟：