[发明专利]基于机电耦合与最小二乘法的变形阵列天线电性能补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及基于机电耦合与最小二乘法的变形阵列天线电性能的补偿方法。

背景技术

天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接收无线电波必不可少的装置。阵列天线能够形成不同于一般单元天线的辐射特性，尤其是可以形成指向某部分空间的比单元天线强得多的辐射，并且，因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力高、隐身性能好等优势，已经广泛应用于各种雷达系统、导航、电子对抗等领域中。

天线阵面是雷达系统的核心结构部分，天线电性能在很大程度上依赖于其机械结构，天线阵面作为电磁信号传输的载体和边界条件，其位移场直接影响着电磁场在空间中的幅度和相位分布。天线阵面在加工、装配过程中会产生随机误差；天线工作时，受到自重、雨雪、太阳照射、振动、冲击、高功率器件发热等载荷影响会引起天线阵面产生结构变形。天线阵面的随机误差和结构变形都会引入天线单元位置误差，从而导致天线增益下降、副瓣抬高、指向精度变差等。阵列天线的电性能指标决定着雷达整机系统的性能指标，为降低结构误差对阵列天线电性能的影响，确保雷达系统能够正常工作，需对天线电性能进行补偿。

为解决结构误差对天线电性能的影响问题，主要有两种途径：一种是机械补偿方法，通过提高天线结构的刚强度或增加主动调节装置，降低由外部载荷引起的结构变形，但这会使得天线系统的重量增加、结构复杂度提高；如在Morris D,Bremer M,Butin G,et al.Surface adjustment of the IRAM 30m radio telescope[J].IET Microwave,Antennas and Propagation,2009,3(1):99-108中即通过反复调整天线的面板结构，来降低环境载荷造成的天线结构误差从而保证天线电性能，然而调整过程耗时且调整效率低。

另一种途径是电子补偿方法，又称有源补偿，通过调整辐射单元上的激励电流实现对天线电性能的补偿，有源补偿方法可在不增加结构重量及复杂度的情况下，有效降低结构变形对天线电性能的影响。然而，在有源补偿方法中，国内外很多工作仅从单一电性能方面来考虑实施补偿作用，如在Son S H,Eom S Y,Jeon S I,et al.Automatic phased correction of phased array antennas by a genetic algorithm[J].Antennas and Propagation,2008,56(8):2751-2754中仅考虑对包含相位误差的天线电性能，如何通过遗传算法来补偿该误差相位，并没有将误差的来源如结构变形直接引入到补偿分析过程中；此外，也有研究工作采用有源补偿方法来补偿结构误差导致的天线电性能变化，如在Svensson B,Lanne M,Wingard J,et al.Element position error compensation in active phased array antennas[C]//2010Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation.2010中即对天线的单元位置误差进行了补偿，然而，该天线单元的位置误差仅是假设其服从高斯分布，而并没有根据结构有限元分析来研究实际工况下天线的结构误差对其电性能的影响。

因此，在分析天线实际机载环境下结构变形的基础上，建立该结构变形与天线电性能之间的联系，并使用有源补偿方法补偿了结构变形对天线电性能的影响。提供一种有效解决实际工况下天线结构变形对其电性能的影响，实现对变形阵列天线电性能的有源补偿，确保在服役环境下阵列天线能正常工作的方法成为目前本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

基于上述问题，本发明基于阵列天线的机电耦合模型，结合最小二乘法，实现了针对变形阵列天线的电性能补偿，可用于解决由载荷引起的结构变形导致的天线电性能恶化问题，从而确保服役环境下天线能够正常工作。