[发明专利]基于机电耦合的星载有源相控阵天线结构轻量化设计方法

摘要

本发明公开了基于机电耦合的星载有源相控阵天线结构轻量化设计方法，包括：确定天线结构参数、材料属性、热参数及电磁参数；提取铝蜂窝物性参数和几何参数；确定天线阵元相位中心；建立天线热模型，施加热载荷及边界条件，计算太空环境下天线温度场分布；建立天线结构有限元模型，施加温度载荷及结构约束，计算天线阵面热变形；提取阵元相位中心节点位移；基于机电耦合模型计算天线辐射方向图计算变形天线的第一副瓣电平；判断是否超出容许范围；修改铝蜂窝几何参数，得到星载有源相控阵天线轻量化结构方案。本发明综合考虑天线机电热三场间的相互影响，在保证天线电性能要求的前提下实现结构轻量化设计，用于指导星载有源相控阵天线结构设计。

主权项

1.基于机电耦合的星载有源相控阵天线结构轻量化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据星载有源相控阵天线的结构设计方案，确定天线的结构参数、材料属性、热参数及电磁参数；(2)根据星载有源相控阵天线的结构参数、材料属性，提取有源安装板中铝蜂窝的物性参数和几何参数；(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天线辐射方向图，并计算变形天线的第一副瓣电平；(9)判断星载有源相控阵天线的第一副瓣电平是否超出容许范围，如果没有超出容许范围，则可按步骤(10)进行，否则转至步骤(11)；(10)基于铝蜂窝高度，利用天线第一副瓣电平对于指标的容许量，确定铝蜂窝高度的变化量，修改铝蜂窝的几何参数，更新天线热模型，转至步骤(5)；(11)确定铝蜂窝的最佳高度，得到星载有源相控阵天线轻量化结构方案；所述步骤(10)中，第i次修改有源安装板中铝蜂窝的结构参数按如下过程进行：(10a)根据星载有源相控阵天线的工作要求，确定第一副瓣电平指标FSLLo；(10b)第i次计算变形天线第一副瓣电平对于指标的容许量ΔFSLLi：ΔFSLLi＝FSLLi‑FSLLo其中，FSLLi为第i次天线第一副瓣电平，i≥1；(10c)根据铝蜂窝高度Hi及第一副瓣电平对于指标的容许量ΔFSLLi确定铝蜂窝的高度变化量ΔHi：其中，βi为[0，1]内的随机数，可控制铝蜂窝高度的变化量；(10d)得到修改后的有源安装板中铝蜂窝几何参数Hi+1：Hi+1＝Hi‑ΔHi。