天線結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與電磁場(chǎng)耦合建模及分析研究.pdf

1、電子裝備作為機(jī)電結(jié)合的系統(tǒng),其機(jī)電耦合問(wèn)題已成為制約電子裝備性能提高并影響下一代裝備研制的一個(gè)瓶頸。本文在多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下,以電子裝備中典型案例-反射面天線和平板裂縫天線為研究對(duì)象,針對(duì)其在分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中,存在的機(jī)械結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與電磁場(chǎng)的場(chǎng)耦合問(wèn)題進(jìn)行了深入研究與探索,主要內(nèi)容包括:
　　 (1)針對(duì)反射面天線機(jī)電場(chǎng)耦合問(wèn)題,綜合考慮結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)引起的系統(tǒng)誤差,以及制造和裝配精度帶來(lái)的隨機(jī)誤差,針對(duì)影響電磁場(chǎng)邊界的主反射面

2、變形、饋源位置和指向誤差等主要誤差,確定其與天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的影響關(guān)系,建立反射面天線結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與電磁場(chǎng)的場(chǎng)耦合理論模型。針對(duì)反射面天線結(jié)構(gòu)和電磁網(wǎng)格不匹配的問(wèn)題,采用結(jié)構(gòu)和電磁網(wǎng)格矩陣轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行場(chǎng)耦合模型求解。經(jīng)3.7米Ku頻段卡塞格倫天線變形實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了場(chǎng)耦合理論模型的正確性。
　　 (2)為降低反射面天線結(jié)構(gòu)變形對(duì)電性能影響,提出一種基于機(jī)電場(chǎng)耦合理論模型的饋源調(diào)整方法。在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量不變的情況下,構(gòu)建以饋源位置和指

3、向?yàn)樵O(shè)計(jì)變量,以天線電性能為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,彌補(bǔ)機(jī)電分離時(shí)饋源調(diào)整方法的不足。與最佳吻合面的饋源調(diào)整方法相比,可有效改善天線電性能。相關(guān)結(jié)論可為工程實(shí)踐提供參考。
　　 (3)針對(duì)平板裂縫天線機(jī)電場(chǎng)耦合問(wèn)題,綜合考慮系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差,從天線陣面平面度入手,針對(duì)影響電磁場(chǎng)邊界的輻射單元(輻射縫)位置偏移、指向偏轉(zhuǎn),以及結(jié)構(gòu)變形引起的縫電壓幅相誤差,確定其與天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的影響關(guān)系,建立平板裂縫天線結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與電磁場(chǎng)的

4、場(chǎng)耦合理論模型。給出場(chǎng)耦合模型的順序求解方法,并重點(diǎn)說(shuō)明縫電壓誤差的計(jì)算方法。分別經(jīng)Ku頻段彈載和X頻段機(jī)載平板裂縫天線的實(shí)物實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了場(chǎng)耦合理論模型的正確性。
　　 (4)就隨機(jī)振動(dòng)對(duì)機(jī)載雷達(dá)天線電性能的影響問(wèn)題進(jìn)行了研究。首先利用隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下天線結(jié)構(gòu)響應(yīng)的位移協(xié)方差矩陣,提出天線結(jié)構(gòu)變形的隨機(jī)樣本生成方法,結(jié)合平板裂縫天線機(jī)電場(chǎng)耦合理論模型分析隨機(jī)振動(dòng)對(duì)天線電性能的影響。其次,根據(jù)天線結(jié)構(gòu)響應(yīng)的位移和應(yīng)力分布信息,確定出

5、天線結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,并分析隨機(jī)振動(dòng)對(duì)改進(jìn)模型電性能的影響。數(shù)值結(jié)果表明改進(jìn)模型可有效降低增益損失和指向誤差,可為機(jī)載雷達(dá)天線工程設(shè)計(jì)人員提供參考。
　　 (5)針對(duì)平板裂縫天線焊接后存在的結(jié)構(gòu)變形對(duì)電性能影響問(wèn)題,應(yīng)用有限元方法和生死單元技術(shù),對(duì)天線熱加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析材料物性參數(shù)和溫度曲線與焊接后結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力和變形的影響關(guān)系,并結(jié)合機(jī)電場(chǎng)耦合理論模型分析焊接變形對(duì)天線電性能的影響。著重討論溫度曲線與焊