[发明专利]基于机电耦合的圆柱共形阵列天线结构最佳弹性模量的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种基于机电耦合的圆柱共形阵 列天线结构最佳弹性模量的确定方法，可以有效解决圆柱共形阵列天线结构弹 性模量快速确定的问题，从而指导圆柱共形阵列天线的结构设计。

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，其中共形天线的口径、增益、副瓣电平、波束指向等电性能与其有着密 切的关系，很大程度上决定了共形阵列天线的性能。圆柱共形阵列天线的发展 趋势不但是要减轻天线重量，同时要保持其有足够的强度和刚度，以保障其能 适应各种载荷环境，使得载荷作用下圆柱共形阵列天线电性能满足要求，便于 天线制造、运输以及架设。为了保证圆柱共形阵列天线具有要求的天线性能并 安全工作，必须对圆柱共形进行优良的结构设计。因此，需要选择合适的材料、 圆柱共形阵列天线的结构形式和天线各部分的尺寸，使其满足圆柱共形阵列天 线的力学性能与电磁性能。

目前，国内外对此做了大量研究，研究了不同结构参数对天线辐射性能的 影响以及如何选取这些参数，并分析了天线阵面结构变形对天线辐射性能的影 响，最后以满足天线增益、副瓣电平等电性能指标对天线进行了结构优化设计。 该方法很好的分析了结构参数对天线电性能的影响，以天线电性能作为指标对 结构进行优化设计，但其并没有考虑天线的实际载荷情况，也没有考虑当实际 载荷作用下天线电性能不满足要求时，如何对天线结构参数进行优化。目前， 为了满足天线的辐射性能，针对天线的载体层厚度、材料、结构形式进行优化， 大多数都是在理想条件下进行的，并没有考虑天线实际的载荷环境。

因此，有必要深入研究圆柱共形阵列天线结构与电磁之间的耦合关系以有 效确定圆柱共形阵列天线结构的最佳弹性模量，保障在载荷环境下圆柱共形阵 列天线电性能满足要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于机电 耦合的圆柱共形阵列天线结构最佳弹性模量的确定方法，有效确定了圆柱共形 阵列天线结构的最佳弹性模量，从而指导圆柱共形阵列天线的结构设计。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于机电耦合的圆柱共形阵列天线结构最佳弹性模量的确定方法，该 方法包括下述步骤：

(1)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 的结构参数和电磁参数；

(2)给定初始圆柱共形阵列天线结构的弹性模量；

(3)根据天线载荷环境，利用力学分析软件ANSYS对圆柱共形阵列天线进 行载荷变形分析；

(4)基于圆柱共形阵列天线进行结构载荷变形分析的结果，获得每个阵元 的周向、轴向位置偏移量，求出变形后阵元的新位置；

(5)根据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；

(6)确定阵元直角坐标系与阵元球坐标系之间的转换矩阵；

(7)基于阵元球坐标系下的阵元方向图，利用阵元直角坐标系与阵元球坐 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；

(8)根据变形后阵元的新位置，确定阵元直角坐标系与阵列直角坐标系的 转换矩阵；

(9)基于阵元直角坐标系下的阵元方向图，利用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；

(10)根据口面加权分布，确定阵元激励幅度和相位；

(11)结合圆柱共形阵列天线相位参考点的位置和变形后阵元的新位置，计 算每个阵元在目标处的空间相位差；

(12)利用圆柱共形阵列天线机电耦合模型，计算存在该载荷作用下圆柱共 形阵列天线的方向图；根据圆柱共形阵列天线的方向图，计算天线电性能参数， 并分析电性能相对圆柱共形阵列天线设计指标的恶化程度；

(13)根据圆柱共形阵列天线设计指标要求，判断该弹性模量条件下的圆柱 共形阵列天线电性能是否满足要求，如果满足要求，则当前的弹性模量即为圆 柱共形阵列天线结构的最优参数；否则，增加弹性模量大小，重复步(2)至步 骤(12)，直至圆柱共形阵列天线电性能满足要求。

进一步，所述步骤(1)中确定圆柱共形阵列天线的结构参数和电磁参数， 包括下述步骤：