一種基于機電耦合的大型賦形雙反射面天線的副面補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于機電耦合的大型賦形雙反射面天線的 副面補償方法，用于調(diào)整賦形雙反射面天線的副反射面位置，使天線電性能達到最優(yōu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型天線在諸如深空探測、導(dǎo)彈防御系統(tǒng)等重大工程中發(fā)揮著極為重要的作用。 反射面板作為電磁波傳播的邊界條件，直接影響著天線的電性能。天線在重力載荷、溫度載 荷以及風荷等的作用下，會發(fā)生結(jié)構(gòu)變形使反射面偏離電設(shè)計所要求的形狀從而對天線的 電性能產(chǎn)生嚴重影響。隨著天線口徑的增大和工作波段的提高，這種影響更加明顯。隨著反 射面板的精度不斷提高，在實際制造過程中很難達到所需的精度，而在以前只需通過Ruze 公式來確定加工表面的均方根誤差。隨著增益要求的不斷提高，由可容忍的增益誤差簡單 的計算出的加工表面均方根誤差，在制造過程中，也變得越來越難以實現(xiàn)。
[0003] 近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者和專家提出了眾多的反射面變形補償方法，用于解決因 反射面天線的變形而造成的天線電性能下降的問題。大口徑反射面天線補償?shù)姆椒ㄖ饕?括機械補償和電子補償兩類方法，機械補償又分為主反射面補償法、副反射面補償法和可 變形平板補償；電子補償主要為饋源陣列補償。上述每種補償方法都有各自的優(yōu)缺點，比如 主動面補償方法，主要用于高指向精度天線，但由于需要安裝作動器及相關(guān)配套設(shè)備，使天 線的機械結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，不僅增大了天線結(jié)構(gòu)自身的重量，而且導(dǎo)致研制和維護成本明顯 上升。但對于副面補償方法，因其操作方便、無需增添額外機械結(jié)構(gòu)，目前在許多大型天線 中得到廣泛應(yīng)用。在已有的一些與副面補償相關(guān)的專利及論文中，比如西安電子科技大學(xué) 機電科技研宄所的專利《一種熱變形大型雙反射面天線的副面位置補償方法》只能用于常 規(guī)雙反射面天線，即主面理論母線能用具體的函數(shù)來表示的反射面天線的熱變形補償，而 對賦形雙反射面天線并不適用。此外，已有的論文《大型雷達天線保型設(shè)計與機電綜合優(yōu) 化》中提到的賦形反射面天線變形計算方法，雖然該方法在對賦形面進行了擬合與吻合處 理后，適用于賦形雙反射面天線，但是需要通過焦線匹配才能確定副面位置，該過程比較繁 瑣，應(yīng)用到實際的工程中具有一定的難度。
[0004] 因此，有必要根據(jù)天線結(jié)構(gòu)和面板的溫度分布信息，對其進行分析，進而得到天線 主反射面板的變形情況，然后根據(jù)天線主反射面的變形參數(shù)來確定變形賦形雙反射面中副 反射面的最佳位置，用于指導(dǎo)天線副面調(diào)整，進而補償天線電性能，這一過程即為一種基于 機電耦合的大型賦形雙反射面天線的副面補償方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對以前的補償方法存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于機電耦合的大型賦形雙 反射面天線的副面補償方法，該方法主要解決大型賦形雙反射面天線因熱變形引起的電性 能下降問題，通過調(diào)整副面的位置及指向來改善天線的電性能。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的補償方法包括如下步驟：
[0007] (1)根據(jù)大型賦形雙反射面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作頻率及材料屬性，在ANSYS軟件 中建立未變形賦形雙反射面天線有限元模型，提取未變形賦形主反射面天線有限元模型中 的節(jié)點坐標、單元信息和副反射面的節(jié)點坐標和單元信息；
[0008] (2)用分段拋物面去擬合未變形賦形雙反射面天線主反射面，通過計算得到未變 形賦形雙反射面天線主反射面的分段擬合面；
[0009] (3)根據(jù)大型賦形雙反射面天線所處環(huán)境的溫度載荷，在ANSYS軟件中對未變形 賦形雙反射面天線有限元模型加載溫度載荷，然后計算在該溫度載荷下的賦形雙反射面天 線有限元模型中的各個節(jié)點坐標；
[0010] (4)在變形天線的賦形雙反射面t吳型中，提取副面頂點坐標的偏移量和副面指向 的偏轉(zhuǎn)角度，利用機電耦合模型，計算大型賦形雙反射面天線發(fā)生變形但未進行補償時的 電性能；
[0011] (5)將大型賦形雙反射面天線主反射面的分段擬合面整體平移、旋轉(zhuǎn)，同時將每段 擬合面進行變焦和軸向移動去吻合變形后的天線主反射面，利用遺傳算法，優(yōu)化計算得到 大型賦形雙反射面天線主反射面的最佳分段吻合面；
[0012] (6)在最佳吻合面對應(yīng)的焦軸上選取焦點，通過計算饋源位于該焦點位置處的天 線電性能，將電性能最佳時對應(yīng)的焦點位置作為最佳饋源位置；
[0013] (7)根據(jù)得到的最佳饋源位置，利用最佳饋源和副面的相對位置不變來計算用于 補償天線電性能的副反射面位置調(diào)整量，將補償后的副反射面的位置參數(shù)代入機電耦合模 型中計算天線補償后的電性能；
[0014] (8)比較補償前后的天線電性能，判斷大型賦形雙反射面天線補償前后的天線電 性能的提高量是否滿足要求，如滿足要求，則計算得到的變形大型賦形雙反射面天線副反 射面位置調(diào)整量為能夠補償大型賦形雙反射面天線電性能的副面位置調(diào)整量；否則，選取 其他的焦點，重復(fù)步驟（6)_(8)，直至滿足要求。
[0015] 所述大型賦形雙反射面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括主、副反射面口徑。
[0016] 所述大型賦形雙反射面天線的材料屬性包括大型賦形雙反射面天線背架材料和 大型賦形雙反射面天線主、副反射面面板的密度、熱傳導(dǎo)率、比熱、泊松比、彈性模量和熱膨 脹系數(shù)。
[0017] 所述補償前的變形大型賦形雙反射面天線的電性能為變形后未經(jīng)過補償?shù)拇笮?賦形雙反射面天線的增益；所述補償后的變形大型賦形雙反射面天線的電性能為變形后經(jīng) 過補償?shù)拇笮唾x形雙反射面天線的增益。
[0018] 所述大型賦形雙反射面天線利用等效饋源法把實饋源和副反射面的組合用位于 虛焦點的最佳饋源來代替，使雙反射面天線等效為只有主反射面和最佳饋源的單反射面天 線。
[0019] 步驟（2)中，所述計算大型賦形雙反射面天線變形后主反射面的分段拋物面擬合 過程如下：
[0020] (2a)根據(jù)天線實際的口面、頻率來確定實際選取的段數(shù)；
[0021] (2b)計算得到未變形天線主反射面分段擬合面每段拋物面的焦點和頂點的坐標， 進而確定分段擬合拋物面。
[0022] 所述步驟（2b)中，得到每段擬合拋物面的焦點和頂點的坐標，通過下述方法實 現(xiàn)：
[0023] (2b_l)設(shè)第n段擬合拋物線的方程為：
[0024]
【主權(quán)項】
1. 一種基于機電耦合的大型賦形雙反射面天線的副面補償方法，其特征在于，該方法 包括下述步驟： (1) 根據(jù)大型賦形雙反射面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作頻率及材料屬性，在ANSYS軟件中建 立未變形賦形雙反射面天線有限元模型，提取未變形賦形主反射面天線有限元模型中的節(jié) 點坐標、單元信息和副反射面的節(jié)點坐標和單元信息； (2) 用分段拋物面去擬合未變形賦形雙反射面天線主反射面，通過計算得到未變形賦 形雙反射面天線主反射面的分段擬合面； (3) 根據(jù)大型賦形雙反射面天線所處環(huán)境的溫度載荷，在ANSYS軟件中對未變形賦形 雙反射面天線有限元模型加載溫度載荷，然后計算在該溫度載荷下的變形賦形雙反射面天 線有限元模型中的各個節(jié)點坐標； (4) 在變形天線的賦形雙反射面模型中，提取副面頂點坐標的偏移量和副面指向的偏 轉(zhuǎn)角度，利用機電耦合模型，計算大