[发明专利]基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法

权利要求书

1.基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)根据星载有源相控阵天线的服役环境和工作要求，确定星载有源相控阵天线的结构参数、材料属性及电磁参数；

(2)根据星载有源相控阵天线的工作要求，确定有源安装板底部T/R组件的热参数；

(3)根据星载有源相控阵天线的电磁参数，确定阵元相位中心；

(4)根据星载有源相控阵天线的结构参数、材料属性建立星载有源相控阵天线热模型；

(5)根据星载有源相控阵天线的热参数，在有限元模型上施加热载荷，计算太空环境下的天线温度场分布；

(6)转换热单元类型为对应的结构单元类型，建立天线结构有限元模型，确定阵元相位中心节点；将温度载荷施加于天线结构有限元模型，计算星载有源相控阵天线阵面的热变形；

(7)根据星载有源相控阵天线阵面热变形，提取阵元相位中心节点位移；

(8)根据星载有源相控阵天线的结构参数，确定星载有源相控阵天线的相位参考点，利用提取的阵元相位中心节点位移，基于机电耦合模型计算变形天线的增益损失；

(9)判断星载有源相控阵天线的增益损失是否超出允许范围，如果没有超出允许范围，则可按步骤(10)进行，否则转至步骤(11)；

(10)根据星载有源相控阵天线的增益损失，利用T/R组件热功耗，确定T/R组件热功耗的变化量，修改T/R组件的热参数，更新天线热模型，转至步骤(5)；

(11)确定T/R组件热功耗最大值；

所述步骤(10)中，第i次修改T/R组件的热参数按如下过程进行：

(10a)根据第i次计算得星载有源相控阵天线的增益损失ΔG_i，确定T/R组件热功耗调整因子t_i：

其中，G^ideal指天线理想状态时的增益，A指天线增益损失的比例系数；i≥1；

其中，计算变形天线的增益损失ΔG＝G-G^ideal，G为观察点P(θ,φ)处变形天线的增益；

(10b)基于T/R组件热功耗及调整因子，确定T/R组件热功耗变化量ΔQ_i：

ΔQ_i＝t_i·Q_i

式中，Q_i为第i次计算所用的T/R组件热功耗；

(10c)根据T/R组件热功耗及(10b)中确定的T/R组件热功耗变化量，得到修改后的T/R组件热功耗：

2.根据权利要求1所述的基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，星载有源相控阵天线的结构参数包括天线单元、基板、有源安装板及T/R组件的长度、宽度和高度，以及天线排列的行数、列数和单元间距；所述有源安装板包括铝蜂窝上面板、铝蜂窝和铝蜂窝下面板；所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度、导热系数及热膨胀系数；所述星载有源相控阵天线的热参数指T/R组件的热功耗Q；所述星载有源相控阵天线的电磁参数包括天线单元的形式和天线的工作频率f。

3.根据权利要求1所述的基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对于结构规则的的天线阵元，确定阵元的几何中心为星载有源相控阵天线阵元的相位中心。

4.根据权利要求1所述的基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法，其特征在于，所述步骤(4)按如下过程进行：

(4a)根据步骤(3)在阵元相位中心处设置硬点；

(4b)在ANSYS中建立天线、铝蜂窝上面板、铝蜂窝、铝蜂窝下面板及T/R组件的热模型。

5.根据权利要求1所述的基于机电耦合的星载有源相控阵天线组件热功耗确定方法，其特征在于，所述步骤(5)按如下过程进行：

(5a)确定热边界条件：星载有源相控阵天线与周围环境无对流换热，确定热边界条件为绝热环境；

(5b)施加星载有源相控阵天线的热边界条件及T/R组件的热功耗在ANSYS中进行温度场分析，得到天线结构的温度场分布。