[发明专利]共形承载微带天线阵面形貌对电性能影响的预测方法

摘要

本发明公开了一种共形承载微带天线阵面形貌对电性能影响的预测方法，主要解决现有技术不能预测阵面形貌变化对电性能影响的问题。其实现步骤是：（1）根据设计指标，建立几何模型，获得理想阵面形貌；（2）利用分形函数描述制造引起的阵面形貌误差，并施加气动和温度载荷到其力学模型中，获得阵面变形数据；（3）根据变形数据，利用多核支持向量回归重构服役载荷导致的阵面形貌变化量；（4）通过修正理想阵面形貌，得到实际阵面形貌；（5）根据实际阵面形貌，计算天线电性能，并根据提取的电性能指标修改天线结构以获得最优天线设计。本发明能够评估阵面形貌变化对电性能的影响程度，实现机电集成分析，缩短研制周期，降低研制成本。

主权项

1.一种共形承载微带天线阵面形貌对电性能影响的预测方法，包括如下步骤：(1)根据指定的设计指标d，设计共形承载微带天线结构的几何模型，并通过该模型提取理想情况下的阵面形貌高度S₀(x,y)，其中，x,y分别表示阵面轮廓横坐标和纵坐标；(2)根据阵面平面度R_a设计指标，利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数构造一体化成型制造中由加工、装配和成型残余热应力引起的阵面形貌高度误差函数ΔS₁(x,y)：ΔS1(x,y)=Raz(x,y)max(z(x,y))]]>式中，z(x,y)是指利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数描述的实际阵面形貌偏离理想形貌的微观起伏程度；(3)把共形承载微带天线的几何模型导入到有限元软件中，并施加气动载荷和温度载荷，获得服役载荷导致的阵面形貌变形数据集Z；(4)根据阵面形貌变形数据集Z进行三维重构，获得服役载荷导致的阵面形貌高度变形函数：f(X)=Σr=1LΣi=1N(αri+-αri-)kr(X,Xi)+b]]>式中，向量X=[x,y]^T表示阵面轮廓的横坐标和纵坐标，T表示向量或矩阵的转置运算，L表示核函数的个数，k_r(X,X_i)表示第r个核函数k(X,X_i)，N表示阵面形貌变形数据Z的个数，向量X_i表示第i个数据样本，参数分别表示函数f(X)的正负支持向量，b表示函数f(X)的偏置项；(5)利用阵面形貌高度误差函数ΔS₁(x,y)和阵面形貌高度的变形函数f(X)，修正理想阵面形貌轮廓高度S₀(x,y)，获得共形承载微带天线在成型制造和服役载荷影响下的实际阵面形貌函数S(x,y)：S(x,y)=S₀(x,y)+ΔS₁(x,y)+f(X)，(6)根据获得的实际阵面形貌函数S(x,y)，根据电磁学原理，计算共形承载微带天线的远场辐射电场：E(r)=-jke-jkR4πR∫ΩM(r)×R^ejkR·R^dΩ,]]>式中，积分方程表示对实际阵面进行面积分，E(r)表示从原点到矢量r处的辐射电场，k表示电磁波传播常数，变量Ω表示实际阵面形貌S(x,y)确定的表面，M(r)表示与实际阵面S(x,y)正切的磁表面电流，R是坐标原点到观察点的距离，是坐标原点到观察点的单位方向矢量，j表示复数的虚部；(7)从远场辐射电场E(r)中提取波束宽度BW、中心频率F、副瓣SL、驻波比V和增益G电性能指标，并使用向量D=[BW,F,SL,V,G]^T表示，其中T表示转置；(8)把提取的电性能指标D与电性能设计指标d进行比较，并使用差值E=D-d误差来评估阵面形貌对电性能的影响程度，其中d由步骤(1)中的设计指标指定；(9)判断误差绝对值|E|是否大于预先设定的电性能指标误差值R，该误差值R根据中心频率来设定，如果|E|≥R，修改天线的结构设计，重复上述步骤(1)~(8)，直到电性能指标满足设计指标，进而获得最优的天线设计。