[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

摘要

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。

主权项

基于近似计算公式的网状天线电性能时域特性分析方法，其特征在于，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；(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结合步骤(6)获得的节点位移信息与步骤(7)获得的节点速度信息，采用近似计算公式计算天线远区电场变化速度时域信息，通过下式计算：dEdt=-jkηexp(-jkR)4πR(I‾‾-R^R^)·(GT·δ·+δT·H·δ·)]]>其中，E表示载荷作用下的远区电场变化量，dE表示对远区电场进行微分运算，t为时间因子，dt表示对时间因子进行微分运算，j表示虚数单位，k表示自由空间波数，↑表示自由空间波阻抗，exp表示自然对数的指数运算，R表示远场观察点位置矢量幅度，π表示圆周率，表示单位并矢，表示单位矢量的并矢，δ为节点位移列向量，上标T表示转置运算，为节点速度列向量，G表示步骤(4)获得的电性能一阶系数矩阵，H表示步骤(4)获得的电性能二阶系数矩阵；(10)近似计算远区电场变化加速度时域信息结合步骤(6)获得的节点位移信息、步骤(7)获得的节点速度信息与步骤(8)获得的节点加速度信息，采用近似计算公式计算天线远区电场变化加速度时域信息，通过下式计算：d2Edt2=-jkηexp(-jkR)4πR(I‾‾-R^R^)·(GT·δ··+δ·T·H·δ·+δT·H·δ··)]]>其中，E表示载荷作用下的远区电场变化量，d2E表示对远区电场进行两次微分运算，t为时间因子，dt2表示对时间因子进行两次微分运算，j表示虚数单位，k表示自由空间波数，↑表示自由空间波阻抗，exp表示自然对数的指数运算，R表示远场观察点位置矢量幅度，π表示圆周率，表示单位并矢，表示单位矢量的并矢，δ、分别为步骤(6)、(7)与(8)得到的节点位移、速度与加速度列向量，上标T表示转置运算，G表示步骤(4)获得的电性能一阶系数矩阵，H表示步骤(4)获得的电性能二阶系数矩阵；(11)判断电性能是否满足要求判断步骤(10)得到的天线远区电场变化速度、加速度时域信息是否满足天线增益、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，如果满足要求则转至步骤(12)，否则转至步骤(13)；(12)输出天线结构设计方案当天线远区电场满足天线电性能要求时，输出天线结构设计数据；(13)更新天线参数当天线远区电场不满足天线电性能要求时，更新天线参数，转至步骤(1)。