[发明专利]星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法

权利要求书

1.星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)根据星载微带阵列天线的基本结构，确定星载微带阵列天线的几何模型参数、材料属性和电磁工作参数；

(2)根据星载微带阵列天线的几何模型参数和材料属性在ANSYS软件中建立星载微带阵列天线的结构有限元模型；根据星载微带阵列天线的安装形式确定结构有限元模型的约束，并在结构有限元模型上加载热载荷；计算星载微带阵列天线在热载荷环境下的阵面热变形；

(3)计算在热载荷环境下星载微带阵列天线中每个天线单元自身结构变形量；每个天线单元中心节点在安装平面(x，y)方向和安装平面法向(z)的位置偏移量；以及每个天线单元的指向偏转量；

(4)根据星载微带阵列天线的几何模型参数、电磁工作参数以及在热载荷环境下星载微带阵列天线单元自身结构变形量，计算微带阵列天线单元辐射方向图函数；

(5)根据星载微带阵列天线有限元模型中天线单元的位置偏移量，计算星载微带阵列天线中相邻两天线单元在观察点处的辐射场空间相位差，进而得到星载微带阵列天线辐射场的口面相位误差；

(6)综合星载微带阵列天线单元辐射方向图函数、星载微带阵列天线辐射场口面相位误差和天线单元指向偏转量，建立星载微带阵列天线机电耦合模型，根据星载微带阵列天线机电耦合模型绘制阵列天线辐射场方向图；

(7)根据星载微带阵列天线辐射场方向图，分析在热载荷环境下星载微带阵列天线结构热变形对天线辐射性能的影响。

2.根据权利要求1所述的星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述星载微带阵列天线的几何模型参数，包括星载微带阵列天线中微带天线单元的行数、列数和单元间距，以及微带阵列天线阵面支撑结构的参数；所述星载微带阵列天线的材料属性包括微带阵列天线阵面支撑结构及天线单元的材料属性，包括介电常数ε、介质损耗、弹性模量E、剪切模量G、泊松比μ、热膨胀系数α及导热系数；所述星载微带阵列天线的电磁工作参数，包括微带阵列天线的天线单元形式、中心工作频率f、工作波长λ。

3.根据权利要求1所述的星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法，其特征在于，步骤(2)按如下过程进行：

(2a)根据星载微带阵列天线的几何模型参数和材料属性在ANSYS软件中建立星载微带阵列天线的结构有限元模型；

(2b)根据工程实际中星载微带阵列天线的安装位置，确定星载微带阵列天线结构有限元模型的约束条件和约束位置；

(2c)通过ANSYS软件分别对星载微带阵列天线施加热浸透温度环境与热梯度温度环境；

(2d)计算星载微带阵列天线在热载荷环境下的阵面热变形。

4.根据权利要求1所述的星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：

(3a)根据星载微带阵列天线在热载荷环境下的阵面热变形，提取星载微带阵列天线结构热变形有限元模型的节点位移信息，在MATLAB软件中进行曲面拟合，生成面方程，获得星载微带阵列天线结构热变形后的变形曲面；

(3b)根据星载微带阵列天线结构热变形对应的面方程，在MATLAB软件中计算每个微带天线单元在贴片长度L和宽度W方向的结构变形量(ΔL_mn,ΔW_mn)；

其中，ΔL_mn表示微带天线单元自身结构长度的变化量，ΔW_mn表示微带天线单元自身结构宽度的变化量，m为0～M-1之间的自然数，n为0～N-1之间的自然数，m表示在M×N个微带天线单元组成的微带阵列天线中微带天线单元的行数，n表示在M×N个微带天线单元组成的微带阵列天线中微带天线单元的列数；

(3c)根据星载微带阵列天线在热载荷环境下的阵面热变形，在MATLAB软件中计算微带天线单元中心节点在安装平面(x，y)方向和安装平面法向(z)的位置偏移量(Δx_mn,Δy_mn,Δz_mn)；

(3d)根据星载微带阵列天线在热载荷环境下的阵面热变形，在MATLAB软件中计算星载微带阵列天线中微带天线单元在(θ,φ)方向的指向偏转量(Δθ_mn,Δφ_mn)，其中，θ表示方位角，φ表示俯仰角。