[发明专利]基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法，包括：(1)输入天线几何参数、材料参数与电参数；(2)建立天线结构有限元模型；(3)提取节点、单元与形函数信息；(4)计算电性能一阶、二阶系数矩阵；(5)施加动态载荷；(6)计算节点位移信息；(7)计算节点速度信息；(8)计算节点加速度信息；(9)近似计算天线远区电场变化速度时域信息；(10)近似计算远区电场变化加速度时域信息；(11)判断电性能是否满足要求；(12)输出天线结构设计方案；(13)更新天线参数。本发明在保证计算精度的前提下可实现网状天线远区电场变化速度、加速度时域信息的计算，并进行天线结构机电集成优化设计。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，具体涉及一种基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法。

背景技术

网状反射面天线由于其具有高增益、轻质量、低收纳比的优点被广泛应用于空间探测、侦察等领域。随着网状天线结构尺寸的增大，结构非线性等因素导致网状天线更容易受到太空环境的影响。太空辐射热、冲击等动态载荷会导致天线结构发生变形，电性能恶化，影响天线正常工作。在动态载荷的影响下，天线电性能随着时间发生变化。因此，有必要针对动态载荷的影响，分析与计算网状天线电性能随时间的变化情况，得到其变化的速度、加速度等信息，并提出电性能时域特性分析方法。

王从思等人在中国专利“一种振动变形对阵列天线电性能影响的预测方法”中提出了一种分析振动变形对阵列天线电性能影响的预测方法。该方法以阵列天线为对象，分析了随机振动对阵列天线电性能的影响；但其在分析过程中，存在计算量大，同时难以较快获得电性能变化速度、加速度的时域信息的问题。周金柱、宋立伟等在文献“动载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响，机械工程学报，第52卷第9期，2016年5月，105-115”分析了动载荷对结构功能一体化天线的力电性能的影响；该分析方法同样存在难以较快获得电性能变化速度、加速度的时域信息问题。因此，针对网状天线受动态载荷影响，分析与计算天线电性能变化速度、加速度的时域信息需求，提出了一种基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法，该方法在保证计算时间的前提下，可以较快获得电性能变化速度、加速度时域信息，并进行天线结构机电集成优化设计。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法。该方法基于近似计算公式，分析在动态载荷作用下的网状天线电性能变化速度、加速度时域信息，并进行天线结构机电集成优化设计。

本发明的技术方案是：基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法，包括如下步骤：

(1)输入天线几何参数、材料参数与电参数

输入用户提供的空间网状天线的几何参数、材料参数以及电参数；其中几何参数包括口径、焦距、偏置距离、前后网面最小距离；材料参数包括索结构、桁架结构和金属丝网结构的材料密度、横截面积、杨氏弹性模量、泊松比；电参数包括工作波长、馈源参数、馈源初级方向图以及包括天线增益、波瓣宽度、副瓣电平、指向精度、远区电场变化速度、加速度时域信息在内的电性能要求；

(2)建立天线结构有限元模型

根据用户提供的天线几何参数、材料参数建立天线结构有限元模型，其中索结构采用只受拉的杆单元进行建模，桁架结构采用梁单元进行建模，金属丝网结构采用壳单元进行建模；

(3)提取节点、单元与形函数信息

以建立的结构有限元模型为基础，提取有限元模型中处于电磁波照射下的反射面部分的节点、单元和形函数信息；

(4)计算电性能一阶、二阶系数矩阵；

(5)施加动态载荷

针对天线结构有限元模型施加随时间变化的动态载荷；

(6)计算节点位移信息；