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)域中的一種基于二階近似計算公式的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)分析方法。

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)點被逐漸應(yīng)用于空間天線設(shè)計中。網(wǎng)狀天線在軌運行過程中，周期性地受到太空輻射熱、沖擊等動力載荷的影響，動力載荷引起的天線表面變形對天線的電性能產(chǎn)生很大影響。動力載荷帶來的天線表面變形將引起天線結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，電性能增益下降、副瓣電平上升，波束傾斜，嚴(yán)重影響天線的工作性能。與靜力載荷不同，動力載荷隨時間變化，其對天線電性能的影響程度也是隨時間變化。因此，有必要針對空間網(wǎng)狀天線在軌運行受到的動力載荷進行分析，提出一種分析動力載荷作用下的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)計算公式，并進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。

王從思等人在中國專利“一種振動變形對陣列天線電性能影響的預(yù)測方法”中提出了一種分析振動變形對陣列天線電性能影響的預(yù)測方法。該方法以陣列天線為對象，分析了隨機振動對陣列天線電性能的影響；雖然該分析方法可以為空間網(wǎng)狀天線提供借鑒，但由于天線電性能計算的非線性特點，對于動力載荷作用下的天線電性能響應(yīng)，該分析方法出現(xiàn)計算量大的問題。周金柱、宋立偉等在文獻(xiàn)“動載荷對結(jié)構(gòu)功能一體化天線力電性能的影響，機械工程學(xué)報，第52卷第9期，2016年5月，105-115”分析了動力載荷對結(jié)構(gòu)功能一體化天線的力電性能的影響，該分析方法同樣難以解決計算量大，費時的問題。因此，針對空間網(wǎng)狀天線受動力載荷影響下的電性能動力響應(yīng)問題，提出了一種基于二階近似計算公式的電性能動力響應(yīng)分析方法，在保證計算精度的前提下，可以減少動力響應(yīng)計算時間，并以此進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于二階近似計算公式的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)分析方法。該方法基于二階近似計算公式，分析動力載荷作用下的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)特性，實現(xiàn)快速電性能動力響應(yīng)計算，并進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于二階近似計算公式的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)分析方法，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；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)計算理想天線遠(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)法計算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場；

(3)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行建模，桁架結(jié)構(gòu)采用梁單元進行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進行建模；

(4)提取節(jié)點、單元與形函數(shù)信息

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、單元和形函數(shù)信息；

(5)計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣

5a)通過下式計算單元電性能一階系數(shù)矩陣：

其中，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(4)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)點編號，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣的第i個分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點總數(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)場觀察點的單位矢量，Q_i表示步驟(4)中提取的相對于第i個節(jié)點的形函數(shù)，θ_s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)場觀察點俯仰角，σ_e表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；

5b)通過下式計算單元電性能二階系數(shù)矩陣：

其中，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(4)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)點編號，表示由節(jié)點u和v構(gòu)成的單元e的電性能二階系數(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)運算，j表示虛數(shù)單位，表示遠(yuǎn)場觀察點的單位矢量，Q_u表示步驟(4)中提取的相對于第u個節(jié)點的形函數(shù)，Q_v表示步驟(4)中提取的相對于第v個節(jié)點的形函數(shù)，θ_s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)場觀察點俯仰角，σ_e表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；

(6)組集總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣

6a)通過下式組集總體電性能一階系數(shù)矩陣：

其中，G表示總體電性能一階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(4)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表示有限元組集運算；

6b)通過下式組集總體電性能二階系數(shù)矩陣：

其中，H表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟(4)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表示有限元組集運算；

(7)進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

根據(jù)天線結(jié)構(gòu)有限元模型，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，確定天線結(jié)構(gòu)無阻尼自由振動的各階振動頻率與對應(yīng)的陣型模態(tài)向量；

(8)輸出模態(tài)矩陣

將天線結(jié)構(gòu)的振型模態(tài)向量按列存放在模態(tài)矩陣中，并將其輸出；

(9)計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣

9a)通過下式計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量：

G_d＝Φ^T·G

其中，Gd為電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，Φ為步驟(8)輸出的模態(tài)矩陣，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，G為步驟(6)得到的總體電性能一階系數(shù)矩陣；

9b)通過下式計算電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣：

H_d＝Φ^T·H·Φ

其中，H_d為電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，Φ為步驟(8)輸出的模態(tài)矩陣，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，H為步驟(6)得到的總體電性能二階系數(shù)矩陣；

(10)施加動力載荷

針對天線結(jié)構(gòu)有限元模型施加隨時間變化的動力載荷；

(11)計算模態(tài)坐標(biāo)

采用Duhamel積分公式，求解步驟(10)動力載荷作用下的天線結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)；

(12)近似計算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量

結(jié)合步驟(11)獲得的動力響應(yīng)模態(tài)坐標(biāo)與步驟(9)獲得的電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣，采用二階近似計算公式計算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計算：

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)運算，R表示遠(yuǎn)場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，q(t)表示步驟(11)獲得的動力響應(yīng)模態(tài)坐標(biāo)，t為時間因子，G_d表示步驟(9)獲得的電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，H_d表示步驟(9)獲得的電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣；

(13)計算遠(yuǎn)區(qū)電場動力響應(yīng)

在步驟(2)和(12)的基礎(chǔ)上，疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場和近似計算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計算遠(yuǎn)區(qū)電場動力響應(yīng)：

其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場動力響應(yīng)，表示步驟(12)近似計算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，表示步驟(2)得到的理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場。

(14)判斷電性能是否滿足要求

判斷步驟(13)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(15)，否則轉(zhuǎn)至步驟(16)；

(15)輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)；

(16)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，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟(1)。

上述步驟(2)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，計算公式如下：

其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場，表示遠(yuǎn)場觀察點位置矢量，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)運算，R表示遠(yuǎn)場觀察點位置矢量幅度，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。

上述步驟(11)所述的Duhamel積分公式是一種計算結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)模態(tài)坐標(biāo)的公式，計算公式如下：

其中，q_i(t)表示系統(tǒng)模態(tài)坐標(biāo)列向量中的第i個模態(tài)坐標(biāo)分量，t為時間因子，ω_i為第i階自由振動的固有頻率，ξ_i為第i階模態(tài)振型阻尼比，F(xiàn)_i(τ)為第i階模態(tài)動力載荷函數(shù)，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，τ為積分變量，dτ表示積分變量τ的微分。

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，采用物理光學(xué)法計算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場，與此同時，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；其次，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)有限元模型，提取節(jié)點、單元與形函數(shù)信息，計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣，并組集總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣；在天線結(jié)構(gòu)有限元模型基礎(chǔ)上，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，輸出模態(tài)矩陣；再次，結(jié)合總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣與模態(tài)矩陣，計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣；然后，對結(jié)構(gòu)有限元模型施加動力載荷，計算模態(tài)坐標(biāo)；最后，將模態(tài)坐標(biāo)代入電性能動力響應(yīng)的二階計算公式中，通過疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場獲得動力載荷作用下的天線電性能動力響應(yīng)，以此進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明從天線結(jié)構(gòu)有限元模型出發(fā)，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，將模態(tài)分析得到的模態(tài)矩陣與電性能一階、二階系數(shù)矩陣進行結(jié)合，獲得了電性能動力響應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)列向量與二階Hessian陣，使電性能計算中包含了結(jié)構(gòu)模態(tài)信息。

2.本發(fā)明基于二階近似計算公式獲得空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)，在保證計算精度的前提下，減少計算時間，提高計算效率，實現(xiàn)電性能動力響應(yīng)的快速計算。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(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為網(wǎng)狀天線施加動力載荷示意圖；

圖5為動力載荷時間歷程圖；

圖6為電性能動力響應(yīng)時間歷程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明具體實施方式作進一步的詳細(xì)描述：

本發(fā)明提供了一種基于二階近似計算公式的空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)分析方法，包括如下步驟：

步驟1，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；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)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)運算，R表示遠(yuǎn)場觀察點位置矢量幅度，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3，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行建模，桁架結(jié)構(gòu)采用梁單元進行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進行建模；

步驟4，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、單元和形函數(shù)信息；

步驟5，計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣

5a)通過下式計算單元電性能一階系數(shù)矩陣：

其中，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟4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)點編號，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣的第i個分量，符號∈表示從屬關(guān)系，NUM表示單元e上的節(jié)點總數(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)場觀察點的單位矢量，Q_i表示步驟4中提取的相對于第i個節(jié)點的形函數(shù)，θ_s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)場觀察點俯仰角，σ_e表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；

5b)通過下式計算單元電性能二階系數(shù)矩陣：

其中，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟4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)點編號，表示由節(jié)點u和v構(gòu)成的單元e的電性能二階系數(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)運算，j表示虛數(shù)單位，表示遠(yuǎn)場觀察點的單位矢量，Q_u表示步驟4中提取的相對于第u個節(jié)點的形函數(shù)，Q_v表示步驟4中提取的相對于第v個節(jié)點的形函數(shù)，θ_s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)場觀察點俯仰角，σ_e表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；

步驟6，組集總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣

6a)通過下式組集總體電性能一階系數(shù)矩陣：

其中，G表示總體電性能一階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟4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表示有限元組集運算；

6b)通過下式組集總體電性能二階系數(shù)矩陣：

其中，H表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標(biāo)e表示從步驟4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表示有限元組集運算；

步驟7，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)有限元模型，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，確定天線

結(jié)構(gòu)無阻尼自由振動的各階振動頻率與對應(yīng)的陣型模態(tài)向量；

步驟8，將天線結(jié)構(gòu)的振型模態(tài)向量按列存放在模態(tài)矩陣中，并將其輸出；

步驟9，計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣

9a)通過下式計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量：

G_d＝Φ^T·G

其中，G_d為電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，Φ為步驟8輸出的模態(tài)矩陣，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，G為步驟6得到的總體電性能一階系數(shù)矩陣；

9b)通過下式計算電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣：

H_d＝Φ^T·H·Φ

其中，H_d為電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，Φ為步驟8輸出的模態(tài)矩陣，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，H為步驟6得到的總體電性能二階系數(shù)矩陣；

步驟10，針對天線結(jié)構(gòu)有限元模型施加隨時間變化的動力載荷；

步驟11，采用下式Duhamel積分公式，求解步驟10動力載荷作用下的天線結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)：

其中，q_i(t)表示系統(tǒng)模態(tài)坐標(biāo)列向量中的第i個模態(tài)坐標(biāo)分量，t為時間因子，ω_i為第i階自由振動的固有頻率，ξ_i為第i階模態(tài)振型阻尼比，F(xiàn)_i(τ)為第i階模態(tài)動力載荷函數(shù)，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，τ為積分變量，dτ表示積分變量τ的微分；

步驟12，近似計算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量

結(jié)合步驟11獲得的動力響應(yīng)模態(tài)坐標(biāo)與步驟9獲得的電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣，采用二階近似計算公式計算天線遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計算：

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)運算，R表示遠(yuǎn)場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，q(t)表示步驟11獲得的動力響應(yīng)模態(tài)坐標(biāo)，t為時間因子，G_d表示步驟9獲得的電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算，下標(biāo)d表示動力響應(yīng)，H_d表示步驟9獲得的電性能動力響應(yīng)二階Hessian陣；

步驟13，在步驟2和12的基礎(chǔ)上，疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場和近似計算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，通過下式計算遠(yuǎn)區(qū)電場動力響應(yīng)：

其中，表示遠(yuǎn)區(qū)電場動力響應(yīng)，表示步驟12近似計算得到的遠(yuǎn)區(qū)電場變化量，表示步驟2得到的理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場。

步驟14，判斷步驟13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15，否則轉(zhuǎn)至步驟16；

步驟15，當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)；

步驟16，當(dāng)天線遠(yuǎn)區(qū)電場不滿足天線電性能要求時，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟1。

本發(fā)明的優(yōu)點可通過以下仿真實驗進一步說明：

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Q_x＝Q_y＝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，實線代表索網(wǎng)。對天線結(jié)構(gòu)上網(wǎng)面上端施加沿負(fù)z軸方向的沖擊載荷，沖擊載荷施加位置如圖4所示。沖擊載荷大小為25N，在0到0.02s內(nèi)施加沖擊載荷，之后撤去該沖擊載荷，計算天線電性能動力相應(yīng)。沖擊載荷作用的時間歷程如圖5所示。

2.仿真結(jié)果：

采用本發(fā)明的方法進行網(wǎng)狀天線處于沖擊載荷作用下的電性能動力響應(yīng)分析，并與傳統(tǒng)方法進行比較。圖6為采用傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法得到的電性能動力響應(yīng)時間歷程圖。表1為最小主軸方向系數(shù)與計算時間表。從圖6與表1中可以看出，在沖擊載荷作用下，天線主軸方向系數(shù)發(fā)生了振蕩，振蕩幅值逐漸減小；本發(fā)明方法得到的電性能動力響應(yīng)時間歷程曲線與傳統(tǒng)方法計算結(jié)果吻合，保證了計算精度；同時，本發(fā)明方法計算時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)方法計算時間，提高了計算效率。

表1本方法與傳統(tǒng)方法比較表

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，采用物理光學(xué)法計算理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場，與此同時，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；其次，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)有限元模型，提取節(jié)點、單元與形函數(shù)信息，計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣，并組集總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣；在天線結(jié)構(gòu)有限元模型基礎(chǔ)上，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，輸出模態(tài)矩陣；再次，結(jié)合總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣與模態(tài)矩陣，計算電性能動力響應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)列向量、二階Hessian陣；然后，對結(jié)構(gòu)有限元模型施加動力載荷，計算模態(tài)坐標(biāo)；最后，將模態(tài)坐標(biāo)代入電性能動力響應(yīng)的二階計算公式中，通過疊加理想天線遠(yuǎn)區(qū)電場獲得動力載荷作用下的天線電性能動力響應(yīng)，以此進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明從天線結(jié)構(gòu)有限元模型出發(fā)，進行天線結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，將模態(tài)分析得到的模態(tài)矩陣與電性能一階、二階系數(shù)矩陣進行結(jié)合，獲得了電性能動力響應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)列向量與二階Hessian陣，使電性能計算中包含了結(jié)構(gòu)模態(tài)信息。

2.本發(fā)明基于二階近似計算公式獲得空間網(wǎng)狀天線電性能動力響應(yīng)，在保證計算精度的前提下，減少計算時間，提高計算效率，實現(xiàn)電性能動力響應(yīng)的快速計算。

本實施方式中沒有詳細(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)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。