[發明專利]一種基于繞射原理的機翼遮擋效應的計算方法

有效

• 申請號: 202010107331.0
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111339606B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 曾元琛;李娜;段寶巖;鐘旺;張爍;孫梓涵
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 西安吉順和知識產權代理有限公司 61238
• 代理人: 邱志賢

1.一種基于繞射原理的機翼遮擋效應的計算方法，其特征是：至少包括：

步驟一，依據電磁傳播的菲涅爾區理論，確定飛機機身外部遮擋因子，通過飛機機身外部遮擋因子來描述菲涅爾區遮擋程度，菲涅爾區包括第一菲涅爾區和第二菲涅爾區，第一菲涅爾區和第二菲涅爾區為對稱區；就第一菲涅爾區而言，機翼對機身側面共形陣的影響至少取決于第一菲涅爾區域被遮擋的面積，其中：

a、當第一菲涅爾區被遮擋的面積不足44％時，遮擋所引起的損耗可以忽略；

b、隨著遮擋面積的增加，當遮擋面積達到第一菲涅爾區的60％時，由遮擋所引起的損耗將達6dB；

分析機翼對機身側面共形陣的影響問題轉化為機翼對陣元所對應的第一菲涅爾區遮擋程度；

步驟二，根據電磁場理論定義遮擋下遠場方向圖函數；

步驟三，推導基于繞射原理的遮擋下遠場；

步驟四，分析簡化載機模型機翼遮擋對共形陣列的影響；采用Matlab軟件根據式(8)來編寫程序，用HFSS軟件結合Savant求解器驗證式(8)的正確性，并得到遮擋的影響；

步驟五，建立遮擋下共形陣列天線機電耦合模型；

所述步驟五，建立遮擋下共形陣列天線機電耦合模型包括：設第n個輻射單元的理想設計位置在A處，將其等效成一個質點，其在柱坐標系中可表示為由于結構誤差的影響使得單元實際位置在A′處，其相對于A點存在徑向誤差Δρ_n、周向誤差以及軸向誤差Δz_n，因此第n個輻射單元的實際位置可表示為p'_n＝p_n+Δp_n，則

計算相位誤差，建立以圓柱左端面圓心為原點的全局坐標系o-xyz和以每列單元所在圓的中心點處為原點的局部坐標系o'-x'y'z'，y軸沿圓柱軸向向右，z軸豎直向上，根據右手準則確定x軸；同理，y'軸沿圓柱軸向向右，z'軸豎直向上，根據右手準則確定x'軸；

將柱坐標系下表示的單元位置誤差轉換到直角坐標系o'-x'y'z'中，即

其中：

ρ_n為機身圓柱半徑；

是第n個單元與x'軸的夾角；

N表示單元數；

第n個單元的位置誤差又可表示為Δp_n＝(Δx_n,Δy_n,Δz_n)；

觀察方向為時，由第n個輻射單元位置偏離所引入的相位差可表示為

其中：

T＝[0y_n?0]'為全局坐標系到局部坐標系的平移矩陣；

y_n為第n個陣元在全局坐標系下沿y軸的位置；

進一步推導ΔΦ_n并忽略高階項，得

其中：

A_nρ、以及A_ny是僅與單元理想位置和觀察方向相關的系數，可表示為

將式(11)所示的相位差引入到共形陣遠場方向圖計算公式中即可得到其結構電磁耦合模型

考慮結構隨機誤差時，遮擋下機載共形陣的功率方向圖可表示為：

其中，S_n可表示成

陣列中各個單元的位置誤差彼此間可認為相互獨立，因此將其功率方向圖的均值表示為

第n個輻射單元的徑向誤差Δρ_n、角度誤差以及軸向誤差Δy_n是相互獨立的隨機量，且服從均值為0，方差分別為根據均值的基本性質，有

由于安裝誤差服從高斯分布，因此由均值定義可得

結合式上式可得

其中式中的符號〈·均表示尖括號內隨機量的均值；可得

經過上述推導，遮擋下單元位置存在隨機誤差下遠場功率方向圖均值可表示為

步驟六，采用蒙特卡洛模擬結合Matlab驗證所建立的遮擋下機電耦合模型。