[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

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种星载微带阵列天线热变形对电性能影响的快速预测方法。

背景技术

随着星载天线的飞跃式发展，对天线多功能、多波段、远距离、高功率等性能要求越来越高。由于对卫星通信数据传输容量的要求越来越大，原来采用的小口径低增益天线已无法满足应用的要求。而采用星载阵列天线是解决上述难题的途径之一，它不仅克服了星载反射面天线机械扫描时惯性大、速度慢、可靠性相对较低等问题，同时具有更多的设计自由度，如线阵、平面阵、共形阵等，能很好地实现高增益、窄波瓣、空间扫描、空间多目标跟踪、空分多址和自主控制等功能，广泛用于通信、空中交通管制、医疗、矿产资源探测、反恐缉毒等许多方面。微带天线具有剖面低、质量轻、体积小、可以根据不同的要求设计成各种形状，而且具有成型工艺简单、大批量生产时成本低等一系列优点，满足了星载阵列天线单元体积小和重量轻等要求，被广泛用于星载阵列天线中。

星载微带阵列天线系统在轨服役阶段，温度环境极其恶劣，温度波动范围可达﹣160℃～120℃，受太空恶劣温度环境的影响，导致星载微带阵列天线易发生结构热变形。对于低剖面的微带阵列天线而言，结构热变形引起微带天线单元形状改变、位置偏移和指向发生偏转，严重影响天线的电性能。卫星一旦发射上天很难再进行修补，为此，根据星载微带阵列天线热变形情况快速预测天线电性能的变化，从而指导星载微带阵列天线的热设计、结构设计，减少研制成本，缩短研制周期，成为研制高性能星载阵列天线的重要手段之一。

目前，国内外学者在分析变形对星载阵列天线电性能的影响时通常采用数值计算方法，如在Ossowska A,Kim J H,Wiesbeck W.Influence of mechanical antenna distortions on the performance of the HRWS SAR system[C]//International Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS).Barcelona:IEEE,2007:2152-2155中采用建立数学模型和统计的方法分析了结构变形对高性能星载阵列天线电性能的影响。此方法存在的主要问题是将阵中每个天线单元视为点源，结构变形等效为阵元位置的变化，忽略了变形引起的微带天线单元自身结构变形和单元指向发生变化，对于星载阵列天线主要形式之一的微带阵列天线而言，此方法无法准确预估变形对天线电性能的影响。如在Pierro R S,Parker S E,Schneible R,et al.SBR waveform and processing parameters as a function of array distortion[C]//Aerospace Conference.Big Sky,MT:IEEE,2006:1-15中通过建立数学模型分析了星载阵列天线阵面变形对其性能的影响。此方法存在的主要问题是将阵中每个天线单元视为点源，结构变形等效为阵元位置的变化，同样无法准确预估变形对星载微带阵列天线电性能的影响。如在周金柱,黄进,段宝岩,等.有源夹层微带天线结构与电磁综合的数据驱动设计方法及天线[P].申请时间:2013-04-12.专利国别:中国,专利号:201310127319中通过数学建模的方法实现天线结构与电磁综合集成设计。此方法在处理阵面变形数据时仅考虑变形后的各微带辐射单元的位置误差而忽略了各微带辐射单元自身结构变形和指向的偏转，同样无法准确预估变形对微带阵列天线电性能的影响。

因此，对于星载微带阵列天线有必要建立其结构位移场与辐射场之间耦合关系的机电耦合模型，分析并计算星载微带阵列天线在热载荷环境下产生的阵面变形所引起的微带天线单元自身结构变化、位置偏移和指向偏转对微带阵列天线电性能的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明可以实现星载微带阵列天线辐射场的结构与电磁耦合分析，可用于快速评价星载微带阵列天线结构热变形对电性能的影响，从而指导星载微带阵列天线的热设计、结构设计，减少研制成本，缩短研制周期。