[發明專利]基于力密度法的低柵瓣索網天線機電綜合設計方法

有效

• 申請號: 201810346620.9
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108268747B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 宗亞靂;張雙喜;王布宏;高一凡;劉蘊哲;熊文俊;江山;劉超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/10
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 江琴賢

本發明屬于雷達天線技術領域，具體是一種基于力密度法的低柵瓣索網天線機電綜合設計方法，本發明由于僅以索單元的力密度和分環數為變量，對索網天線反射面的幾何形狀進行設計，并以柵瓣電平極小化為目標，通過約束其它電性能和結構性能指標，實現了低柵瓣索網天線的機電綜合設計。

技術領域

本發明屬于雷達天線技術領域，具體是一種基于力密度法的低柵瓣索網天線機電綜合設計方法，可用于對遠場柵瓣電平有要求的索網式天線結構和電性能的綜合設計。

技術背景

近年來，星載天線越來越朝大口徑方向發展，以求獲得更大的覆蓋范圍、更高的空間分辨率和測量靈敏度。傳統固面反射面天線，當其口徑較大時，在技術和造價上面臨雙重挑戰。加之火箭運載平臺的承載質量和容量的限制，大口徑的固面反射面天線難以被裝載并運入軌道。為此，星載天線在設計時需盡量做到輕質、可展開和高精度。索網天線具有可收展的特性，在發射時，其被固定在火箭整流罩內，呈收攏狀態，到達軌道后，在指令控制下自動展開至工作狀態。這種可收展特性，使得索網天線在空間科學方面取得了廣闊的應用前景。

目前，索網天線的設計多依據Agrawal 1981年在《Preliminary design of largereflectors with flat facets》一文中提出的設計方法，該方法可快速計算出網格的分環數，比較適用于索網天線結構的初始設計。但是，采用該方法設計的索網天線因反射面存在周期性的幾何逼近誤差，天線遠場方向圖出現了柵瓣，且該方法沒考慮天線的力學性能。

由于當天線為接收天線時，柵瓣會降低天線系統的抗干擾能力，當天線為發射天線時，柵瓣會引起天線系統的輻射能量損失，當對空間任務對索網天線的柵瓣電平要求較為苛刻時，需在設計天線時將柵瓣考慮在內。對索網天線而言，其反射面是由被張拉的索網結構支撐的，索網結構的形式直接決定了天線的電性能。因此，有必要對索網天線進行機電綜合設計。

Thomson在2002年的論文《AstroMesh deployable reflectors for Ku-and Ka-band commercial satellites》中通過增加索網分環數來改善天線電性能，并對某6m口徑的索網天線進行仿真，發現柵瓣得到了明顯抑制。不足之處是：該方法沒有考慮天線的結構性能，且增加了分環數，而索網結構的索單元總數與分環數呈指數關系，天線的復雜程度也因此大幅增加。

宗亞靂在2015年的論文《星載網狀反射面天線隨機結構因素對電性能影響分析與優化設計》中，基于索網結構力平衡矩陣奇異分解法，對索網天線進行機電綜合設計。該明顯降低了柵瓣電平，但該方法在每一個迭代步均需要對索網結構力平衡矩陣進行奇異值分解，且將節點位置和索張力均作為設計變量，當天線口徑較大、分環數較多時，該方法計算量極大。

發明內容

本發明旨在針對上述現有技術方法的不足，提供一種力密度法的低柵瓣索網天線機電綜合設計方法，以便改善索網天線柵瓣，確保天線電性能和結構性能指標均滿足任務需求。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：基于力密度法的低柵瓣索網天線機電綜合設計方法，其特征是：至少包括如下步驟：

(1)輸入天線索網結構的初始分環數N，計算索單元個數b；

(2)根據索單元個數b，輸入各個索單元的力密度值qi(i＝1,2,...,b)；

(3)基于力密度法計算反射面上索網節點位置坐標[X,Y,Z]^T，其中T表示向量或矩陣的轉置；

(4)依據步驟(3)獲取的節點位置坐標[X,Y,Z]^T和索網邊界節點坐標[X_f,Y_f,Z_f]^T，構造天線反射面S；