一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线的副面补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域，具体是一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线的 副面补偿方法，用于调整赋形双反射面天线的副反射面位置，使天线电性能达到最优。
【背景技术】
[0002] 大型天线在诸如深空探测、导弹防御系统等重大工程中发挥着极为重要的作用。 反射面板作为电磁波传播的边界条件，直接影响着天线的电性能。天线在重力载荷、温度载 荷以及风荷等的作用下，会发生结构变形使反射面偏离电设计所要求的形状从而对天线的 电性能产生严重影响。随着天线口径的增大和工作波段的提高，这种影响更加明显。随着反 射面板的精度不断提高，在实际制造过程中很难达到所需的精度，而在以前只需通过Ruze 公式来确定加工表面的均方根误差。随着增益要求的不断提高，由可容忍的增益误差简单 的计算出的加工表面均方根误差，在制造过程中，也变得越来越难以实现。
[0003] 近年来，许多国内外学者和专家提出了众多的反射面变形补偿方法，用于解决因 反射面天线的变形而造成的天线电性能下降的问题。大口径反射面天线补偿的方法主要包 括机械补偿和电子补偿两类方法，机械补偿又分为主反射面补偿法、副反射面补偿法和可 变形平板补偿；电子补偿主要为馈源阵列补偿。上述每种补偿方法都有各自的优缺点，比如 主动面补偿方法，主要用于高指向精度天线，但由于需要安装作动器及相关配套设备，使天 线的机械结构更加复杂，不仅增大了天线结构自身的重量，而且导致研制和维护成本明显 上升。但对于副面补偿方法，因其操作方便、无需增添额外机械结构，目前在许多大型天线 中得到广泛应用。在已有的一些与副面补偿相关的专利及论文中，比如西安电子科技大学 机电科技研宄所的专利《一种热变形大型双反射面天线的副面位置补偿方法》只能用于常 规双反射面天线，即主面理论母线能用具体的函数来表示的反射面天线的热变形补偿，而 对赋形双反射面天线并不适用。此外，已有的论文《大型雷达天线保型设计与机电综合优 化》中提到的赋形反射面天线变形计算方法，虽然该方法在对赋形面进行了拟合与吻合处 理后，适用于赋形双反射面天线，但是需要通过焦线匹配才能确定副面位置，该过程比较繁 琐，应用到实际的工程中具有一定的难度。
[0004] 因此，有必要根据天线结构和面板的温度分布信息，对其进行分析，进而得到天线 主反射面板的变形情况，然后根据天线主反射面的变形参数来确定变形赋形双反射面中副 反射面的最佳位置，用于指导天线副面调整，进而补偿天线电性能，这一过程即为一种基于 机电耦合的大型赋形双反射面天线的副面补偿方法。
【发明内容】
[0005] 针对以前的补偿方法存在的不足，本发明提供了一种基于机电耦合的大型赋形双 反射面天线的副面补偿方法，该方法主要解决大型赋形双反射面天线因热变形引起的电性 能下降问题，通过调整副面的位置及指向来改善天线的电性能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的补偿方法包括如下步骤：
[0007] (1)根据大型赋形双反射面天线的结构参数、工作频率及材料属性，在ANSYS软件 中建立未变形赋形双反射面天线有限元模型，提取未变形赋形主反射面天线有限元模型中 的节点坐标、单元信息和副反射面的节点坐标和单元信息；
[0008] (2)用分段抛物面去拟合未变形赋形双反射面天线主反射面，通过计算得到未变 形赋形双反射面天线主反射面的分段拟合面；
[0009] (3)根据大型赋形双反射面天线所处环境的温度载荷，在ANSYS软件中对未变形 赋形双反射面天线有限元模型加载温度载荷，然后计算在该温度载荷下的赋形双反射面天 线有限元模型中的各个节点坐标；
[0010] (4)在变形天线的赋形双反射面t吴型中，提取副面顶点坐标的偏移量和副面指向 的偏转角度，利用机电耦合模型，计算大型赋形双反射面天线发生变形但未进行补偿时的 电性能；
[0011] (5)将大型赋形双反射面天线主反射面的分段拟合面整体平移、旋转，同时将每段 拟合面进行变焦和轴向移动去吻合变形后的天线主反射面，利用遗传算法，优化计算得到 大型赋形双反射面天线主反射面的最佳分段吻合面；
[0012] (6)在最佳吻合面对应的焦轴上选取焦点，通过计算馈源位于该焦点位置处的天 线电性能，将电性能最佳时对应的焦点位置作为最佳馈源位置；
[0013] (7)根据得到的最佳馈源位置，利用最佳馈源和副面的相对位置不变来计算用于 补偿天线电性能的副反射面位置调整量，将补偿后的副反射面的位置参数代入机电耦合模 型中计算天线补偿后的电性能；
[0014] (8)比较补偿前后的天线电性能，判断大型赋形双反射面天线补偿前后的天线电 性能的提高量是否满足要求，如满足要求，则计算得到的变形大型赋形双反射面天线副反 射面位置调整量为能够补偿大型赋形双反射面天线电性能的副面位置调整量；否则，选取 其他的焦点，重复步骤（6)_(8)，直至满足要求。
[0015] 所述大型赋形双反射面天线的结构参数包括主、副反射面口径。
[0016] 所述大型赋形双反射面天线的材料属性包括大型赋形双反射面天线背架材料和 大型赋形双反射面天线主、副反射面面板的密度、热传导率、比热、泊松比、弹性模量和热膨 胀系数。
[0017] 所述补偿前的变形大型赋形双反射面天线的电性能为变形后未经过补偿的大型 赋形双反射面天线的增益；所述补偿后的变形大型赋形双反射面天线的电性能为变形后经 过补偿的大型赋形双反射面天线的增益。
[0018] 所述大型赋形双反射面天线利用等效馈源法把实馈源和副反射面的组合用位于 虚焦点的最佳馈源来代替，使双反射面天线等效为只有主反射面和最佳馈源的单反射面天 线。
[0019] 步骤（2)中，所述计算大型赋形双反射面天线变形后主反射面的分段抛物面拟合 过程如下：
[0020] (2a)根据天线实际的口面、频率来确定实际选取的段数；
[0021] (2b)计算得到未变形天线主反射面分段拟合面每段抛物面的焦点和顶点的坐标， 进而确定分段拟合抛物面。
[0022] 所述步骤（2b)中，得到每段拟合抛物面的焦点和顶点的坐标，通过下述方法实 现：
[0023] (2b_l)设第n段拟合抛物线的方程为：
[0024]
【主权项】
1. 一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线的副面补偿方法，其特征在于，该方法 包括下述步骤： (1) 根据大型赋形双反射面天线的结构参数、工作频率及材料属性，在ANSYS软件中建 立未变形赋形双反射面天线有限元模型，提取未变形赋形主反射面天线有限元模型中的节 点坐标、单元信息和副反射面的节点坐标和单元信息； (2) 用分段抛物面去拟合未变形赋形双反射面天线主反射面，通过计算得到未变形赋 形双反射面天线主反射面的分段拟合面； (3) 根据大型赋形双反射面天线所处环境的温度载荷，在ANSYS软件中对未变形赋形 双反射面天线有限元模型加载温度载荷，然后计算在该温度载荷下的变形赋形双反射面天 线有限元模型中的各个节点坐标； (4) 在变形天线的赋形双反射面模型中，提取副面顶点坐标的偏移量和副面指向的偏 转角度，利用机电耦合模型，计算大