[发明专利]一种有源相控阵天线结构公差的快速确定方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种有源相控阵天线结构公差的快速确定方法，可用于指导有源相控阵天线结构公差的快速确定及结构方案的评价。

背景技术

有源相控阵天线是近年来正在加速发展的新技术，能同时满足天线高性能、高生存能力要求，亦是满足现代雷达发展需求的关键技术。我国自行研制并于2007年正式列装我国空军的空警-2000预警机作为空军天字第一号的国家头号军事重点工程，其最关键的突破就是装备了有源相控阵雷达。随着雷达对增大作用距离、提高隐身性能等需求日益迫切，有源相控阵天线电性能就被提出更高的要求。目前我国正在研制的最先进的第四代战斗机——歼20为满足大探测距离、高隐身性等战术技术指标，也将装备高性能的有源相控阵雷达。

而有源相控阵天线电性能不仅取决于馈电系统的幅度相位误差，更易受到结构辐射单元的位置误差影响，而这又受制于结构设计。如美国国家导弹防御系统（NMD）中GBR地基雷达正是采用了大型平面有源相控阵天线体质，其雷达重达1000吨，以及美国SBX海基雷达作为目前唯一能在弹道导弹防御系统中发挥多种重要探测功能的平台，其雷达重达2000吨，为支撑这么重的雷达设备，并满足雷达天线电性能指标，即保证天线阵面精度，对天线结构设计提出了极其严格的要求。

同时，由于天线安装平台的运动会带来振动激励，例如机载雷达，从而造成有源相控阵天线在工作状态下发生结构变形，引起结构辐射单元误差。可知，有源相控阵天线结构制造、安装误差以及环境载荷导致的阵面结构变形，都将会导致天线阵面辐射单元之间的距离和每一个辐射单元的位置发生相对变化，从而引起辐射单元激励电流和口径场相位分布等发生变化，以致引起天线增益下降、副瓣电平升高和波束指向不准确等，即最终会降低有源相控阵天线的电性能。为此，如何根据天线电性能指标要求，确定结构公差，进行结构设计，并评估结构方案，是高性能有源相控阵天线研制中必然会遇到的一个难题。

为解决该难题，通常的做法是根据有源相控阵天线阵面的安装约束方式，假设天线阵面结构发生某种规律已知的变形，典型的变形形式有弯曲变形、碗状变形、马鞍面变形等，进而根据天线电性能的变化情况给出阵面的最大变形量，进而确定结构公差时，具体可见Analysis of performance of active phased array antennas with distorted plane error.International Journal of Electronics,2009年，96卷，5期，549-559.。这种方法存在主要的问题是，要求安装阵面时的约束位置或是处于阵面中心线，或是阵面四周，或是阵面四角，否则阵面变形规律难以采用明确的数学公式描述。这导致其应用范围受到很大限制，在工程上难以进行推广，因为实际中天线变形形式是未知的，不仅仅是上面三种变形模式。另外的做法，就是制作有源相控阵天线样件，根据实测电性能结果，经过多轮方案反复来确定结构公差，这带来最大的问题就是整个方案制定周期长、设计成本高，不能满足目前我国雷达快速研制的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种有源相控阵天线结构公差的快速确定方法，以便有效解决在有源相控阵天线结构方案设计时难以快速确定与分配天线结构公差的问题，可指导有源相控阵天线结构加工工艺与安装精度的制定与分配，以及天线结构方案的评价。

实现本发明目的的技术解决方案是，一种有源相控阵天线结构公差的快速确定方法，其特征是：至少包括如下步骤：

步骤1，确定天线阵面辐射单元信息；

步骤2，获取阵面辐射单元的高度误差；

步骤3，获取阵面辐射单元的位置安装误差；

步骤4，计算天线口面相位误差；

步骤5，计算天线远区电场分布；

步骤6，计算天线相关的电性能参数；

步骤7，依据战术技术指标要求，判断计算出当前结构公差条件下的天线电性能是否满足要求，若不满足要求，则进行步骤8和步骤9；若满足要求，则直接转到步骤10；

步骤8，修改阵面平面度；

步骤9，修改阵面安装精度，并重新进行步骤2至步骤7；

步骤10，当前的辐射单元的位置与高度公差就是所快速确定的天线结构公差。

所述的步骤1确定天线阵面辐射单元信息包括如下步骤：