反射面天线机电集成优化设计关键技术研究

发布时间：2017-12-10 14:07

  本文关键词：反射面天线机电集成优化设计关键技术研究

  更多相关文章： 反射面天线 机电集成优化 近似 敏度 网状反射面天线 形面调整 随机误差 波束赋形

【摘要】：反射面天线广泛应用于雷达、通信、射电天文等领域。随着反射面天线大口径、高频段、高精度的发展趋势,反射面天线的设计要求日益苛刻,其设计理念已从传统的机电分离设计(机械结构实现其电气性能)发展为机电集成优化设计。本文针对反射面天线机电集成优化设计中的关键问题进行了研究,主要内容如下：1.提出了一种基于有限元形函数的变形反射面天线电性能近似计算方法。该方法在前人将结构变形引起的附加相位项作二阶泰勒展开的基础上,采用与结构有限元模型相同的单元形函数作为辐射积分运算的局部插值函数,将结构有限元模型中的“单元刚度阵”、“整体刚度阵”、“单元组集”的概念引入到变形反射面天线电性能的近似计算中,使远场辐射积分运算与结构变形分离,通过“单元组集”的概念将辐射积分运算转化为简单的矩阵相乘运算。该方法可以实现不同结构变形的反射面天线电性能快速计算。仿真算例验证了方法的准确性与有效性。2.导出了反射面天线电性能对节点位移的敏度信息。该方法在结构有限元模型的基础上,采用与结构有限元模型相同的单元形函数作为辐射积分运算的局部插值函数,将结构变形引起的法向矢量变化量和附加相位项作一阶展开,通过直接微分法获得反射面天线电性能——方向系数对结构有限元节点位移的导数。分别针对反射面天线辐射特性中的最大方向系数、副瓣电平和交叉极化电平进行了针对节点位移的敏度分析,得到了有意义的结论。3.提出了一种基于机电集成优化设计的网状反射面天线形面调整方法。该方法直接以天线主轴方向系数为目标函数,以索网初始放样长度为设计变量,建立了网状反射面天线形面调整的机电集成优化设计模型。将前面已导出的“近似计算方法”和“敏度信息”应用到此优化模型的求解中,在对网状反射面天线进行敏度分析的基础上,获得了方向系数对索网初始放样长度的梯度列向量与Hessian阵,并证明了Hessian阵的正定性,应用序列二次规划法进行求解。仿真算例验证了方法的有效性。4.从机电集成的角度,提出了一种结构随机误差对网状反射面天线电性能影响的分析方法。分别考虑周边桁架节点位置与索单元长度的随机性,首先采用随机因子法对结构随机参数进行描述；其次在索网节点位移对桁架节点位置、对索单元长度的敏度分析的基础上,确定索网节点位移随机变量的数字特征；然后结合天线方向系数对索网节点位移的敏度信息,将天线方向系数在索网节点位移随机变量均值附近进行泰勒级数展开,进而导出了天线方向系数随机变量的数字特征——均值与方差。5.提出了一种网状反射面天线波束赋形综合的机电集成优化设计方法。该方法直接以天线波束赋形要求为目标函数,以索网初始放样长度为设计变量,建立了网状反射面天线波束赋形综合的机电集成优化设计模型。在对网状反射面天线进行敏度分析的基础上,将天线方向系数对索网初始放样长度的敏度信息引入到方向图综合中,最终将赋形波束表示为结构设计变量的函数,并采用序列规划法进行了典型网状反射面天线的波束综合。该方法为星载网状反射面天线波束赋形的工程实现奠定了理论基础。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN823.27

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本文编号：1274723