[发明专利]一种金属桁架式天线罩肋截面尺寸的机电集成优化方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，特别涉及一种金属桁架式天线罩肋截面尺寸的机电集成优化方法，用于指导金属桁架式天线罩的结构设计，使其结构性能和电性能最优。

技术背景

天线罩是保护天线免受自然环境影响的透波壳，是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁明窗。设计优良的天线罩，除了具有保护性、传导性、可靠性、隐蔽性和装饰性等功能外，还可以延长整个系统各部分的使用寿命、降低寿命成本和操作成本、简化设计、降低维修成本、保证天线表面和位置的精确度、给天线操作人员创造良好的工作环境。但是天线罩也会对理想天线的电磁辐射产生影响，使理想的天线电性能有所降低。

随着我国航空、气象及军事技术的进步和军事形势的发展，进行远程精密跟踪测量雷达等高精度雷达和高增益天线的研究与制造已成为紧迫的任务。而特殊地理位置的自然环境对设备的影响较大，配备天线罩成为这些雷达、天线必不可少的要求，金属桁架天线罩以其良好的结构性能和电性能而受到欢迎，广泛应用于地面雷达、舰载雷达以及射电天文望远镜等天线上。

杜耀惟在1993年出版的经典著作《天线罩电信设计方法》一书中分析了金属桁架式天线罩中桁架散射对天线远场的影响，该方法首先依次求出单根肋的散射场，然后将所有肋的散射场加到天线的远场上，最终得到了加罩后天线的远场。该方法的不足是：只是分析了金属桁架式天线罩对天线电性能的影响，而没有考虑进行机电集成设计。

王从思在2008年的论文《面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统》中研究了天线机电综合集成技术和天线组合结构理论，并采用精确PO法分析天线远区辐射电场，建立了面天线参数化设计的层次结构，解决了由背架、反射面和中心体等组成的组合结构网格自动划分难题，实现了面天线结构机电集成设计，然而并未将机电集成设计应用于金属桁架式天线罩当中。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种金属桁架式天线罩肋截面尺寸的机电集成优化方法，以降低设计成本、提高天线罩的结构和电磁综合性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种金属桁架式天线罩肋截面尺寸的机电集成优化方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)根据金属桁架式天线罩的蒙皮的结构参数和材料参数，用传输线理论计算蒙皮上各点处的透射系数并根据已知的天线口径场E(x,y)，计算透过天线罩后的口径场：E′(x,y)=E(x,y)·T·M;]]>

(2)根据透过天线罩后的口径场E′(x,y)，计算带罩天线的远场F′(θ,φ)；

(3)根据感应电流率理论，计算出金属桁架式天线罩的桁架引起的散射场F_sca(θ,φ)；

(4)将步骤(3)中求得的散射场F_sca(θ,φ)与步骤(2)中求得的远场F′(θ,φ)相加，得到加罩后的天线远场：F_t(θ,φ)＝F′(θ,φ)+F_sca(θ,φ)，绘制远场方向图，并从该远场方向图中提取增益和指向误差这些电性能指标；

(5)根据金属桁架式天线罩的结构参数，在商用结构有限元分析软件中建立其结构有限元模型，进行静力分析，得到变形后金属桁架式天线罩节点的位移，并提取节点位移的最大值；

(6)根据金属桁架式天线罩的结构和材料参数，计算金属桁架的自重；

(7)对金属桁架式天线罩中的肋进行分类，每一种肋拥有不同的截面尺寸，以肋尺寸为设计变量，以天线罩的电性能指标、最大节点位移和自重最优为目标，建立优化数学模型，通过求解此模型得到金属桁架式天线罩的肋尺寸；