[发明专利]一种载荷变形下的圆柱共形阵列天线电性能预测方法

说明书

本发明公开了一种载荷变形下的圆柱共形阵列天线电性能预测方法，包括：确定圆柱共形阵列天线的结构参数和电磁参数，并进行结构载荷变形分析，计算变形后阵元的新位置，建立阵元直角坐标系及阵元球坐标系，及两坐标系之间的转换矩阵，求出阵元直角坐标系下的阵元方向图；确定阵元直角坐标系与阵列直角坐标系的转换矩阵，求出阵列直角坐标系下的阵元方向图；确定阵元激励幅度和相位，计算每个阵元的空间相位差，计算远区场强分布方向图；建立机电耦合模型计算天线电性能参数；判断计算出的电性能参数是否满足要求。本发明可用于定量评价载荷环境下天线结构变形对圆柱共形阵列天线电性能的影响，从而指导圆柱共形阵列天线的结构设计。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及载荷变形下的圆柱共形阵列天线电性能预测方法。本发明可用于评价载荷环境下变形所引起的天线单元位置偏移对于圆柱共形阵列天线电性能的影响，指导圆柱共形阵列天线结构设计与优化。

背景技术

共形阵列天线是一种与物体外形保持一致的天线，其具有节省载体的结构空间、不影响载体的空气动力学性能，减小雷达的散射截面积等优点，已经广泛应用于航空航天领域，其中圆柱共形阵列天线是最常见的共形天线形式，已经被广泛应用于各种雷达系统中。

随着世界军事技术的发展，对共形阵列天线的战术、技术指标要求也越来越高，而共形天线的口径、增益、副瓣电平、波束指向等与其有着密切的关系，很大程度上决定了共形阵列天线的性能。风荷、高温、低温、冲击、振动等工作载荷引起共形阵列天线的结构变形，阵元位置发生偏移，导致天线电性能发生改变，严重制约了共形阵列天线优良性能的实现。因此载荷环境对共形阵列天线电性能的影响急需计算方法和评价手段。

目前，国内外学者在计算载荷变形对共形阵列天线电性能影响时，主要有两种方法：(1)利用高频近似方法进行求解，如Schippers H,Spalluto G,Vos G.Radiationanalysis of conformal phased array antennas on distorted structures[J].2003.中利用这种方法分析环境载荷下的共形阵列天线的辐射特性。但使用高频近似方法求解时，需计算曲面上的爬行绕射波，为此必须先确定绕射线的轨迹，公式计算复杂，而且曲面必须是光滑和电大尺寸，当天线单元数目过多时，利用此算法，很难求解出共形阵列天线的辐射性能。(2)实际测量，如在Schippers H,Van Tongeren J H,Knott P,et al.Vibratingantennas and compensation techniques research in NATO/RTO/SET 087/RTG 50中提出了一种共形线阵的数学模型，并测试分析环境载荷对共形线阵天线电性能的影响，此方法虽然可以计算出载荷环境对共形阵列天线电性能的影响，但其分析目标局限、过程复杂，不易实现。

因此，有必要对共形阵列天线建立起结构位移场与电磁场之间的耦合关系的机电耦合模型，直接分析载荷变形对共形阵列天线电性能的影响，为共形阵列天线的设计优化提供了一种快速有效的研究方法。

发明内容

基于上述问题，本发明建立的圆柱共形阵列天线结构位移场和电磁场之间的机电耦合模型，可以实现圆柱共形阵列天线结构与电磁耦合分析，可以用于定量评价载荷环境下天线结构变形对圆柱共形阵列天线电性能的影响，从而指导圆柱共形阵列天线的结构设计与优化。

实现本发明目的的技术解决方案是，一种载荷变形下的圆柱共形阵列天线电性能预测方法，该方法包括下述步骤：

(1)确定圆柱共形阵列天线初始结构设计方案；

(2)根据圆柱共形阵列天线的初始结构设计方案，确定圆柱共形阵列天线的结构参数、材料属性和电磁工作参数；

(3)利用力学分析软件对圆柱共形阵列天线进行结构载荷变形分析，其结构载荷包括振动载荷、热载荷；