[发明专利]相控阵天线的多场耦合分析方法及计算机程序

说明书

本发明属于高密度相控阵天线技术领域，公开了一种相控阵天线的多场耦合分析方法及计算机程序，编写命令流将某一天线阵面CAD模型在有限元软件中进行力学分析，并得到加载变形后的模型，通过命令流提取模型变形后的节点信息；将提取的节点信息导入数据处理软件，编写程序进行模型重构以及后续电磁分析的相关参数设置，并生成相应的电磁分析软件的脚本文件；运行此脚本文件，在电磁分析软件中进行电磁分析。通过本发明可以针对某一类天线阵面，实现自动化地准确重构出变形后的天线阵面模型，并对天线阵面进行结构位移场和电磁场的耦合分析。

技术领域

本发明属于高密度相控阵天线技术领域，尤其涉及一种相控阵天线的多场耦合分析方法及计算机程序。

背景技术

多场耦合是指在一个系统中结构位移场、电磁场和温度场互相影响的物理现象。相控阵天线在服役条件下，因受到环境载荷、结构参数以及内部热流的影响而产生变形，即结构位移场，位移场又通过位移影响电磁场，从而对相控阵天线的电性能产生影响。因此多场耦合分析是相控阵天线技术中不可忽略的内容。目前，已有众多学者针对天线技术中的多场耦合进行了研究，其中包括反射面天线、平板裂缝天线和相控阵天线。然而研究人员都是针对多场耦合的理论模型展开研究，而理论模型最终还需借助软件等工具来进行仿真分析和数值求解。而目前对于多场耦合的数值求解还存在如下问题，第一，用于求解结构位移场的有限元分析软件和用于求解电磁场的电磁分析软件都是独立仿真分析，而在进行耦合分析时，需要在两个不同的软件之间进行模型转换和信息传递，由于两者对于信息的识别和模型的构建方式不同，这时就会出现网格不匹配、模型信息丢失或者信息不准确等的问题，严重影响耦合分析的准确性，例如对于各元件之间材质不同结构相异的相控阵天线而言，会因为模型在不同软件之间信息传递不准确而出现阵元和基板、馈电元件和阵元之间不能完全贴合的问题，从而影响后续电性能的分析；第二，模型在软件之间的相互导入和转换的过程十分繁琐，人工手动进行会耗费大量的时间和精力。因此，如何搭建出结构位移场和电磁场之间的数值求解桥梁，且能实现自动化的快速耦合分析至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种相控阵天线的多场耦合分析方法及计算机程序。

本发明是这样实现的，一种相控阵天线的多场耦合分析方法，所述相控阵天线的多场耦合分析方法包括：编写命令流将某一天线阵面CAD模型在有限元软件中进行力学分析，并得到加载变形后的模型，通过命令流提取模型变形后的节点信息；提取的节点信息导入数据处理软件，编写程序进行模型重构以及后续电磁分析的相关参数设置，并生成相应的电磁分析软件的脚本文件；运行脚本文件，在电磁分析软件中进行电磁分析。

进一步，所述相控阵天线的多场耦合分析方法包括以下步骤：

步骤一，编写命令流，将某天线阵面的CAD模型输入有限元分析软件，按照相应的单元类型和材料属性进行相关参数的设置，并施加位移载荷或力载荷，得到变形后的天线阵面模型；用命令流提取变形后模型的节点信息，提取所需几何元素的初始节点坐标(x₀,y₀,z₀)和变形后的节点位移(x',y',z')，将两者相加，得到变形后该几何元素上所有单元节点的坐标(x,y,z)；

步骤二，提取的曲面节点信息读入数据处理软件中，采用多项式拟合出相应的曲面，同时得到曲面方程，编写数据处理软件和电磁分析软件的API接口程序，输出电磁分析软件的脚本文件，利用曲面方程建立曲面，曲面为基板和贴片；利用数据处理软件搜索提取的节点坐标的x、y的最大值和最小值，作为面方程的x、y的定义域，曲面的边界，z随之确定；

步骤三，变形后模型重建馈电圆柱，圆柱上端面圆心位置，以及圆柱的高度方向；

步骤四，利用API接口，完成电磁分析软件中相关求解参数的设置；生成完整的电磁分析软件的脚本文件，运行脚本文件，得到电磁分析软件中重构后的模型，并得到阵列天线的电性能分析结果。

进一步，所述步骤一中根据后续重构提取天线阵面几何元素的节点信息：