本發(fā)明屬于雷達(dá)天線
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及雷達(dá)天線領(lǐng)域中的一種空間網(wǎng)狀天線溫度載荷作用下機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：網(wǎng)狀天線由于其質(zhì)量輕、收攏體積小等優(yōu)點(diǎn)被逐漸應(yīng)用于空間天線設(shè)計(jì)中。網(wǎng)狀天線在軌運(yùn)行過程中，周期性地受到太空輻射熱影響，熱變形引起的天線表面變形對天線的電性能產(chǎn)生很大影響。熱變形帶來的天線表面誤差將引起天線增益下降、副瓣電平上升、波束傾斜，嚴(yán)重影響天線的工作性能。因此，有必要針對空間網(wǎng)狀天線在軌運(yùn)行受到的溫度載荷進(jìn)行分析，提出溫度載荷作用下的天線電性能近似計(jì)算方法，進(jìn)而預(yù)測空間天線在軌環(huán)境下，太陽輻射與熱變形對天線電性能的影響，并進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。段寶巖等在中國專利“大型地基面天線的溫度載荷機(jī)電耦合分析方法”中提出了一種分析大型地基面天線的溫度載荷機(jī)電耦合分析方法。該方法以地基面天線為對象，進(jìn)行溫度載荷作用下的天線電性能分析；雖然可以為空間網(wǎng)狀天線提供借鑒，但無法完全適用于空間網(wǎng)狀天線上。洪元、朱敏波等在中國專利“一種星載天線在軌溫度的極端工況預(yù)測方法”中，公開了一種星載天線在軌溫度的極端工況預(yù)測方法。該方法以星載天線為對象，預(yù)測星載天線處于極端工況的熱變形問題；該方法沒有考慮到天線熱變形對電性能的影響，難以預(yù)測天線在溫度載荷作用下電性能變化情況。因此，針對空間網(wǎng)狀天線在軌受輻射熱影響的問題，需要分析在軌溫度載荷對天線電性能的影響，提出溫度載荷作用下天線電性能近似計(jì)算方法，并以此進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空間網(wǎng)狀天線溫度載荷作用下機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法基于機(jī)電熱集成分析的概念，采用近似計(jì)算方法分析溫度載荷作用下的空間網(wǎng)狀天線電性能，并進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：空間網(wǎng)狀天線溫度載荷作用下機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：(1)輸入天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)輸入用戶提供的空間網(wǎng)狀天線的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及電參數(shù)；其中幾何參數(shù)包括口徑、焦距、偏置距離、前后網(wǎng)面最小距離；材料參數(shù)包括索結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比以及比熱容、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、表面輻射率、吸收率；電參數(shù)包括工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖以及包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求；(2)建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型，其中索結(jié)構(gòu)采用只受拉的桿單元進(jìn)行建模，桁架結(jié)構(gòu)采用梁單元進(jìn)行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進(jìn)行建模；(3)建立天線熱有限元模型在天線結(jié)構(gòu)有限元模型的基礎(chǔ)上，提取天線結(jié)構(gòu)有限元模型中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和單元連接關(guān)系，根據(jù)索結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱參數(shù)，分別按照桿單元、梁單元以及殼單元建立天線熱有限元模型；(4)設(shè)置邊界條件根據(jù)空間網(wǎng)狀天線所處的太空環(huán)境，設(shè)置熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種導(dǎo)熱方式，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)各部分之間的關(guān)系、各部件之間的輻射吸熱、遮擋，添加熱有限元模型的邊界條件；(5)選擇軌道根據(jù)空間網(wǎng)狀天線所在衛(wèi)星的軌道高度，設(shè)置網(wǎng)狀天線的軌道參數(shù)；(6)溫度場計(jì)算根據(jù)空間網(wǎng)狀天線熱有限元模型、邊界條件以及軌道參數(shù)，進(jìn)行天線溫度場計(jì)算；(7)加載溫度場載荷將溫度場計(jì)算結(jié)果作為熱載荷施加到結(jié)構(gòu)有限元模型上，進(jìn)行靜態(tài)的熱變形計(jì)算；(8)熱變形計(jì)算在結(jié)構(gòu)有限元模型施加熱載荷的基礎(chǔ)上，組集有限元?jiǎng)偠染仃?，得到天線結(jié)構(gòu)整體熱位移場計(jì)算方程，依據(jù)此方程進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)熱變形計(jì)算：[K]{δ}＝{FQ}其中，[K]為整體剛度矩陣，{δ}為整體空間熱位移列向量，{FQ}為整體節(jié)點(diǎn)熱載荷列向量；(9)輸出熱變形位移將天線結(jié)構(gòu)熱變形計(jì)算得到的整體空間熱位移列向量輸出到指定文件，以便進(jìn)行后續(xù)電性能計(jì)算；(10)計(jì)算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場根據(jù)天線幾何參數(shù)中的口徑、焦距、偏置高度，電參數(shù)中的工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖，采用物理光學(xué)法計(jì)算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；(11)近似計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量11a)以建立的結(jié)構(gòu)有限元模型為基礎(chǔ)，提取有限元模型中處于電磁波照射下的反射面部分的節(jié)點(diǎn)、單元和形函數(shù)信息；11b)通過下式計(jì)算單元一次系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的一次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，下標(biāo)i表示位于單元e上的節(jié)點(diǎn)編號，表示單元e的一次系數(shù)矩陣的第i個(gè)分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，Qi表示步驟(11a)中提取的相對于第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標(biāo)系下的俯仰角，下標(biāo)s表示饋源坐標(biāo)系，θ表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)俯仰角，σs表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；11c)通過下式計(jì)算單元二次系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的二次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，u和v分別表示位于單元e上的節(jié)點(diǎn)編號，表示由節(jié)點(diǎn)u和v構(gòu)成的單元e的二次系數(shù)矩陣分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，k表示自由空間波數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，j表示虛數(shù)單位，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，Qu表示步驟(11a)中提取的相對于第u個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，Qv表示步驟(11a)中提取的相對于第v個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標(biāo)系下的俯仰角，下標(biāo)s表示饋源坐標(biāo)系，θ表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)俯仰角，σs表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；11d)通過下式組集總體一次系數(shù)矩陣：其中，H1表示總體一次系數(shù)矩陣，表示單元e的一次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，m表示單元總數(shù)，A表示有限元組集運(yùn)算；11e)通過下式組集總體二次系數(shù)矩陣：其中，H2表示總體二次系數(shù)矩陣，表示單元e的二次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，m表示單元總數(shù)，A表示有限元組集運(yùn)算；11f)結(jié)合有限元模型求解后的節(jié)點(diǎn)位移與總體一次、二次系數(shù)矩陣，通過下式計(jì)算載荷作用下的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量：其中，表示載荷作用下的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，R表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，H1表示總體一次系數(shù)矩陣，H2表示總體二次系數(shù)矩陣，Δz表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點(diǎn)軸向位移列向量，Δz2表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點(diǎn)軸向位移乘積列向量；(12)計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場在步驟(10)和(11)的基礎(chǔ)上，疊加理想反射面天線的遠(yuǎn)區(qū)電場和采用近似方法計(jì)算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計(jì)算遠(yuǎn)區(qū)電場：其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場，表示采用近似方法計(jì)算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，表示步驟(10)得到的理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；(13)判斷電性能是否滿足要求判斷步驟(12)得到的天線遠(yuǎn)區(qū)電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求，如果滿足要求則轉(zhuǎn)至步驟(14)，否則轉(zhuǎn)至步驟(15)；(14)輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場滿足天線電性能要求時(shí)，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；(15)更新天線參數(shù)當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場不滿足天線電性能要求時(shí)，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟(1)。上述步驟(10)所述的物理光學(xué)法是一種基于面電流分布的高頻近似方法，計(jì)算公式如下：其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，R表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，Σ表示反射曲面，表示反射面上位置矢量處的面電流密度，表示反射面位置矢量，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，σ表示投影口面，表示單位法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明首先輸入天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)信息，根據(jù)幾何參數(shù)、材料參數(shù)信息建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型，與此同時(shí)，根據(jù)天線幾何參數(shù)與電參數(shù)，采用物理光學(xué)法計(jì)算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；其次，在天線結(jié)構(gòu)有限元模型基礎(chǔ)上，結(jié)合天線材料參數(shù)建立天線熱有限元模型，并根據(jù)天線所處的太空環(huán)境，設(shè)置邊界條件、選擇軌道參數(shù)，進(jìn)行溫度場計(jì)算；再次，將溫度場計(jì)算結(jié)果作為外載荷施加到天線結(jié)構(gòu)有限元模型上，進(jìn)行靜態(tài)熱變形計(jì)算，輸出天線熱變形位移；最終，將熱變形位移引入到電性能近似計(jì)算中，通過疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場獲得熱載荷作用下的天線電性能，以此進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明基于機(jī)電熱集成分析的概念，從天線結(jié)構(gòu)有限元模型出發(fā)，建立天線熱有限元模型，進(jìn)行靜態(tài)熱變形分析，最終采用近似計(jì)算方法得到天線熱載荷作用下的天線電性能；2.本發(fā)明采用近似計(jì)算方法計(jì)算天線熱載荷作用下的電性能，可以在保證計(jì)算精度的前提下，減少計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率，可以快速獲得全軌道熱載荷作用下的天線電性能。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為網(wǎng)狀天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為網(wǎng)狀天線投影示意圖；圖4為理想天線與熱載荷作用下網(wǎng)狀天線xz面遠(yuǎn)場方向圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：本發(fā)明提供了一種空間網(wǎng)狀天線溫度載荷作用下機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：步驟1，輸入用戶提供的包含空間網(wǎng)狀天線的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及電參數(shù)在內(nèi)的各參數(shù)，其中幾何參數(shù)包括口徑、焦距、偏置距離、前后網(wǎng)面最小距離，材料參數(shù)包括索結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比，以及比熱容、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、表面輻射率，吸收率，電參數(shù)包括工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖以及包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求；步驟2，根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型，其中索結(jié)構(gòu)采用只受拉的桿單元進(jìn)行建模、桁架結(jié)構(gòu)采用梁單元進(jìn)行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進(jìn)行建模；步驟3，在天線結(jié)構(gòu)有限元模型的基礎(chǔ)上，提取天線結(jié)構(gòu)有限元模型中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和單元連接關(guān)系，根據(jù)索結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱參數(shù)，分別按照桿單元、梁單元與殼單元建立天線熱有限元模型；步驟4，根據(jù)空間網(wǎng)狀天線所處的太空環(huán)境，設(shè)置熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種導(dǎo)熱方式，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)各部分之間的關(guān)系、各部件之間的輻射吸熱、遮擋，添加熱有限元模型的邊界條件；步驟5，根據(jù)空間網(wǎng)狀天線所在衛(wèi)星的軌道高度，設(shè)置網(wǎng)狀天線的軌道參數(shù)；步驟6，根據(jù)空間網(wǎng)狀天線熱有限元模型、邊界條件與軌道參數(shù)，進(jìn)行天線溫度場計(jì)算；步驟7，將溫度場計(jì)算結(jié)果作為熱載荷施加到結(jié)構(gòu)有限元模型上，進(jìn)行靜態(tài)的熱變形計(jì)算；步驟8，在結(jié)構(gòu)有限元模型施加熱載荷的基礎(chǔ)上，組集有限元?jiǎng)偠染仃?，得到天線結(jié)構(gòu)整體熱位移場計(jì)算方程，依據(jù)此方程進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)熱變形計(jì)算[K]{δ}＝{FQ}其中，[K]為整體剛度矩陣，{δ}為整體空間熱位移列向量，{FQ}為整體節(jié)點(diǎn)熱載荷列向量；步驟9，將天線結(jié)構(gòu)熱變形計(jì)算得到的整體空間熱位移列向量輸出到指定文件，以便為后續(xù)電性能計(jì)算；步驟10，根據(jù)天線幾何參數(shù)中的口徑、焦距、偏置高度，電參數(shù)中的工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖，采用下式物理光學(xué)法計(jì)算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場：其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，R表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，Σ表示反射曲面，表示反射面上位置矢量處的面電流密度，表示反射面位置矢量，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，σ表示投影口面，表示單位法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場。步驟11，采用以下子步近似計(jì)算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量11a)以建立的結(jié)構(gòu)有限元模型為基礎(chǔ)，提取有限元模型中處于電磁波照射下的反射面部分的節(jié)點(diǎn)、單元和形函數(shù)信息；11b)通過下式計(jì)算單元一次系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的一次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，下標(biāo)i表示位于單元e上的節(jié)點(diǎn)編號，表示單元e的一次系數(shù)矩陣的第i個(gè)分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，Qi表示步驟11a)中提取的相對于第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標(biāo)系下的俯仰角，下標(biāo)s表示饋源坐標(biāo)系，θ表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)俯仰角，σs表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；11c)通過下式計(jì)算單元二次系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的二次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，u和v分別表示位于單元e上的節(jié)點(diǎn)編號，表示由節(jié)點(diǎn)u和v構(gòu)成的單元e的二次系數(shù)矩陣分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，k表示自由空間波數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，j表示虛數(shù)單位，表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)的單位矢量，Qu表示步驟11a)中提取的相對于第u個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，Qv表示步驟11a)中提取的相對于第v個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標(biāo)系下的俯仰角，下標(biāo)s表示饋源坐標(biāo)系，θ表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)俯仰角，σs表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；11d)通過下式組集總體一次系數(shù)矩陣：其中，H1表示總體一次系數(shù)矩陣，表示單元e的一次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，m表示單元總數(shù)，A表示有限元組集運(yùn)算；11e)通過下式組集總體二次系數(shù)矩陣：其中，H2表示總體二次系數(shù)矩陣，表示單元e的二次系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟11a)中提取的結(jié)構(gòu)有限元模型中某一單元，m表示單元總數(shù)，A表示有限元組集運(yùn)算；11f)結(jié)合有限元模型求解后的節(jié)點(diǎn)位移與總體一次、二次系數(shù)矩陣，通過下式計(jì)算載荷作用下的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量：其中，表示載荷作用下的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運(yùn)算，R表示遠(yuǎn)場觀察點(diǎn)位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，H1表示總體一次系數(shù)矩陣，H2表示總體二次系數(shù)矩陣，Δz表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點(diǎn)軸向位移列向量，Δz2表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點(diǎn)軸向位移乘積列向量；步驟12，在步驟10和11的基礎(chǔ)上，疊加理想反射面天線的遠(yuǎn)區(qū)電場和采用近似方法計(jì)算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計(jì)算遠(yuǎn)區(qū)電場：其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場，表示采用近似方法計(jì)算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，表示步驟10得到的理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；步驟13，判斷步驟12得到的天線遠(yuǎn)區(qū)電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求，如果滿足要求則轉(zhuǎn)至步驟14，否則轉(zhuǎn)至步驟15；步驟14，當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場滿足天線電性能要求時(shí)，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；步驟15，當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場不滿足天線電性能要求時(shí)，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：1.仿真條件：網(wǎng)狀天線最大投影口徑9.23m、焦距6m，偏置高度5m，前后網(wǎng)面最小間距0.2m，如圖2所示。工作頻率2GHz，饋源采用Cosine-Q類型饋源，極化方式為右旋圓極化，饋源參數(shù)為Qx＝Qy＝8.338，饋源傾斜角41.64度。網(wǎng)狀反射面前網(wǎng)面在口徑面內(nèi)沿半徑方向等分6段，如圖3所示，其中虛線代表周邊桁架，實(shí)線代表索網(wǎng)。索的楊氏彈性模量為E＝20GPa，索橫截面積為A＝3.14mm2，索密度為1200kg/m3，周邊桁架楊氏彈性模量為4000GPa，橫桿密度為1800kg/m3，豎桿密度為3220kg/m3，斜桿密度為1840kg/m3，橫縱豎桿均為圓形橫截面積，其中橫桿內(nèi)徑13.8mm，外徑15mm，豎桿內(nèi)徑14.4mm，外徑15.6mm，斜桿內(nèi)徑14.4mm，外徑15.6mm。2.仿真結(jié)果：采用本發(fā)明的方法進(jìn)行網(wǎng)狀天線處于熱載荷作用下的變形分析，并輸出熱變形位移，計(jì)算天線電性能，進(jìn)行機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。理想天線方向圖與熱載荷作用下的方向圖如圖4所示，其中虛線表示理想天線狀態(tài)，實(shí)線表示熱變形狀態(tài)。表1給出了理想天線與熱載荷作用下天線方向圖參數(shù)。結(jié)合圖4與表1可以看出，在熱載荷作用下，天線方向圖發(fā)生了畸變，出現(xiàn)了最大方向系數(shù)下降、副瓣上升，其中方向系數(shù)由43.35dB下降到43.06dB，副瓣電平由-28.97dB上升至-28.78dB。表1理想天線與熱載荷作用下天線方向圖參數(shù)表最大方向系數(shù)副瓣電平半功率波瓣寬度理想天線43.35dB-28.97dB1.26度熱變形43.06dB-28.78dB1.26度綜上所述，本發(fā)明首先輸入天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)信息，根據(jù)幾何參數(shù)、材料參數(shù)信息建立天線結(jié)構(gòu)有限元模型，與此同時(shí)，根據(jù)天線幾何參數(shù)與電參數(shù)，采用物理光學(xué)法計(jì)算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；其次，在天線結(jié)構(gòu)有限元模型基礎(chǔ)上，結(jié)合天線材料參數(shù)建立天線熱有限元模型，并根據(jù)天線所處的太空環(huán)境，設(shè)置邊界條件、選擇軌道參數(shù)，進(jìn)行溫度場計(jì)算；再次，將溫度場計(jì)算結(jié)果作為外載荷施加到天線結(jié)構(gòu)有限元模型上，進(jìn)行靜態(tài)熱變形計(jì)算，輸出天線熱變形位移；最終，將熱變形位移引入到電性能近似計(jì)算中，通過疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場獲得熱載荷作用下的天線電性能，以此進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明基于機(jī)電熱集成分析的概念，從天線結(jié)構(gòu)有限元模型出發(fā)，建立天線熱有限元模型，進(jìn)行靜態(tài)熱變形分析，最終采用近似計(jì)算方法得到天線熱載荷作用下的天線電性能；2.本發(fā)明采用近似計(jì)算方法計(jì)算天線熱載荷作用下的電性能，可以在保證計(jì)算精度的前提下，減少計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率，可以快速獲得全軌道熱載荷作用下的天線電性能。本實(shí)施方式中沒有詳細(xì)敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3