面向天线指向大型变形抛物面天线面板移动拟合调整方法_2

文档序号:9929696阅读:来源:国知局
1] (6f)根据确定的调整系数SgMpi和变形抛物面上节点巧寸目对于目标曲面上节点 的法向偏差,计算促动器调整量:Ar,公式如下:
[0042]
[0043] 所述步骤(7)沿促动器轴向调整面板至新位置,重新组成抛物面,此时天线背架结 构不变,改变天线面板位置参数,更新天线结构有限元模型。
[0044] 所述步骤(8)根据得到的变形抛物面天线的远区电场方向图,计算变形抛物面天 线指向。
[0045] 本发明具有W下特点:
[0046] (1)本发明是基于大型天线的主动反射面结构设计,可直接计算出面向天线指向 的促动器调整量,可应用于主动反射面控制系统中,计算方法简单,能显著提高天线综合性 能。
[0047] (2)本发明提出的方法是对大型变形抛物面天线面板通过移动拟合进行主动调 整,直接改变天线反射面的空间位置与几何形状,保证了天线工作指向和天线原有焦距,同 时也提高了天线反射面精度。具有改善天线反射面精度的优点,综合性能好,可用于大型天 线反射面的主动调整,从而解决大型抛物面天线因自重变形引起的电性能恶化问题。
【附图说明】
[0048] 图1为本发明的流程图;
[0049] 图2为大型抛物面天线ANSYS结构模型图;
[0050] 图3为天线抛物面变形位移云图;
[0051 ]图4为机电禪合模型中反射面误差示意图;
[0052] 图5为天线曲面调整几何关系示意图;
[0053] 图6为变形抛物面天线调整前后的电性能对比图。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0055] 如图1所示,一种面向天线指向大型变形抛物面天线面板移动拟合调整方法,具体 步骤如下:
[0056] 步骤1,确定抛物面天线结构方案及促动器初始位置,建立天线结构有限元模型, 并确定促动器支撑面板节点
[0057] 根据大型抛物面天线的结构参数、工作频率及材料属性,确定天线结构方案及促 动器初始位置,在有限元力学分析软件中建立理想情况下的天线结构有限元模型,并确定 促动器支撑面板节点;其中大型抛物面天线的结构参数包括反射面口径、焦距,大型抛物面 天线的材料属性包括天线背架材料和反射面面板材料的密度、弹性模量。
[0058] 步骤2,计算天线结构自重变形,并提取变形抛物面的节点信息
[0059] 对步骤1中所建立理想情况下的天线结构有限元模型,在有限元力学分析软件中 对未变形抛物面天线结构有限元模型加载重力载荷,计算天线结构自重变形,并提取变形 抛物面上各个节点的坐标。
[0060] 步骤3,计算变形抛物面天线电性能
[0061] 利用天线机电禪合模型,计算变形抛物面天线的远区电场方向图,从方向图中可 W确定天线指向等电性能参数,转至步骤8。机电禪合模型如下:
[0062]
[0063] 式中,(0,& )为远区观察方向,时化,4 ')为馈源方向图
为反射面表面变形对口径场相位的影响项,S(P)为天线结构位移,0为天线结构设计变量, 包括结构尺寸、形状、拓扑和类型参数,ro为馈源到反射面一点的距离,k为波常数,A表示天 线口径面,P'、4 '为XOY平面内的极坐标。
[0064] 步骤4,确定变形抛物面与理想设计面的对应节点
[0065] 4.1根据变形后节点对目标曲面的法线方向余弦等于理想设计面上相应节点的法 线方向余弦,由天线理想设计面上节点P(xi,yi,zi)的法线方向余弦,得到天线变形抛物面 上的节点PiUo,y〇,ZO)的法线方向余弦(Ii,mi,Di):
[0066]
[0067]得到经过节点PiUo, y日,Z日)的法线方程:
[006引
[0069] 4.2求解法线方程,得到过天线变形抛物面上节点的法线方向直线与理想设计面 交点的Z坐标,W及天线变形抛物面上节点PiUo,y〇,z〇)对应理想设计面的法线方向的交点 P〇(x〇',y〇',z〇')坐标,如图5所示;
[0070] 4.3依据各交点坐标,虚拟移动面板。
[0071] 步骤5,计算反射面拟合均方根误差最小的目标曲面
[0072] 5.1基于促动器虚拟移动目标点PoiUoi',y〇i',z〇i'),确定变形抛物面虚拟移动后N 个采样节点的新位置Pv(Xi,yi,Zi);
[0073] 5.2根据天线工作指向,计算使反射面拟合均方根误差最小的目标曲面方程的焦 距为
[0074] 5.3得到目标曲面的方程为:
[0075]
[0076] 步骤6,确定变形抛物面与目标曲面的对应节点,计算促动器调整量
[0077] 6.1由天线理想设计面上促动器支撑面板的节点看,扣,马;)的法线方向余弦,得 到天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点(?,扔,? )的法线方向余弦(Ui,Vi,Wi):
[007引
[0079] 6.2提取促动器支撑面板节点,由天线理想设计面上促动器支撑面板的节点 片(看,.V;'.耸;)的法线方向余弦,得到经过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点 巧(?,乂,,Z,,)的法线方程;
[0080]
[0081] 6.3求解上述法线方程,得到过天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点的法线 方向直线与目标曲面交点的Z坐标,W及天线变形抛物面上促动器支撑面板的节点 巧(?,如二:,)对应目标曲面的法线方向的交点巧(V,扔',V)坐标;
[0082] 6.4确定调整系数,即当目标曲面的法线方向的交点巧(V,.v,/,V)位于沿天 线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(?,扔,Z J法线方向指向反射面内侧时,则 取1,当节点位于沿巧法线方向指向反射面外侧时,则.
[0083] 6.5计算变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点的法向偏差,式子如下:
[0084]
[0085] 6.6根据确定的调整系数和变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点g 的法向偏差,计算促动器调整量Ar,公式如下:
[0086]
[0087] 步骤7,更新天线结构有限元模型
[0088] 根据步骤6中得到的促动器调整量,对应调整面板至新的位置,重新组成抛物面, 此时天线背架结构不变,改变天线面板位置参数,更新天线结构有限元模型,转至步骤2;
[0089] 步骤8,计算变形抛物面天线指向,判断天线指向是否满足要求
[0090] 根据得到的变形抛物面天线电性能绘制变形抛物面天线的远区电场方向图,计算 变形抛物面天线指向,根据大型抛物面天线的性能要求,判断天线指向是否满足要求,若不 满足,进行步骤4,若满足,则输出促动器调整量,从而得到最优的面板移动拟合调整量。
[0091 ]本发明的优点可通过W下仿真进一步说明:
[0092] 1.在ANSYS中建立理想情况下的大型抛物面天线结构有限元模型
[0093] 本实施例中,W8米天线ANSYS结构有限元模型为案例进行分析,模型中的梁单元 采用,beaml88,壳单元选用Shel 163,建成的ANSYS结构模型如图2所示,其中天线焦距为3 米,工作频段为5G化,天线背架为钢结构,材料的弹性模量为2.1 X IO7MPa,密度为7.85 X 10 ^kg/cm2;面板为侣合金,密度为2.73 X l(T3kg/cm3,厚度为4mm。
[0094] 2.施加重力载荷
[0095] 在ANSYS软件中对已建好的理想情况下天线结构有限元模型施加重力载荷,此时 天线处于仰天状态,计算天线的变形情况,则天线抛物面变形位移云图如图3所示,并分别 提取天线变形前后的抛物面节点坐标及位移信息。
[0096] 3.计算变形后天线电性能
[0097] 利用上一步骤中提取的变形抛物面节点坐标信息,通过机电禪合模型计算变形后 的天线电性能,机电禪合模型中反射面误差示意图如图4所示,机电禪合模型如下:
[009引
[0099] 式中,(0,(6)为远区观察方向,时化,4 ')为馈源方向图,
为反射面表面变形对
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