面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法_3

文档序号:9813041阅读:来源:国知局
上节点Pi相对于天线最佳吻合抛物面上节点Po的法向偏差:
[0086] 4.3依据各节点的法向偏差,计算整个天线变形抛物面的法向均方根误差为:
[0088] 根据大型抛物面天线的性能要求,判断天线增益是否满足要求,若不满足,进行步 骤(5),若满足,进行步骤(8)。
[0089] 步骤5,确定最优工作性能下的目标曲面
[0090] 根据天线指向,利用步骤3中求得的天线最佳吻合抛物面参数0中的两个转角(I)X 和<^,反转吻合抛物面,因为两个转角都是微小量,天线结构属于微转动,此时抛物面重力 分布基本不变,从而可W使得旋转后的天线抛物面,即目标曲面的增益和指向最优,得到增 益和指向最优的目标曲面,其方程如下:
[0092] 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
[0093] 6.1由理想设计面上促动器支撑面板的节点户(和,托<;)的法线方向余弦,得到变 形抛物面上的节点巧(?,斬,為)的法向方向余弦(Ui,Vi,Wi ):
[009引 6. 2提取促动器支撑面板节点,由理想设计面上促动器支撑面板的节点 严(折乂,為;)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(而,义,,2")的法线方程:
[0097] 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(而,苗)对应目标曲面的法线方向的交点巧(V,义,',Z,/)坐标;
[009引6.4确定调整系数'即当目标曲面的法线方向的交点巧(而',.v/,z/)位于沿天 线变形抛物面上促动器支撑面板的节点巧(?,乂,,?)法线方向指向反射面内侧时,则巧 取1,当节点与位于沿巧法线方向指向反射面外侧时,则心Mg取-1 ;
[0099] 6.5计算变形抛物面上节点巧相对于目标曲面上节点F的法向偏差,式子如下:
[0101] 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F的法向 偏差,计算促动器调整量,公式如下:
[010引 单=S餅^ ?矿。
[0103] 步骤7,更新天线结构有限元模型
[0104] 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)。
[0105] 步骤8,计算变形抛物面天线电性能,判断天线指向是否满足要求
[0106] 利用抛物面天线机电禪合模型,计算变形抛物面天线的远区电场方向图,从方向 图中可得到天线的增益、波束指向等电性能参数,机电禪合模型如下:
[010引式中,(0,(1))为远区观察方向,时化,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,A为工作波长,A Z为反射面误差。
[0109] 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(6),若满足,则输出促动器调整量,从而得到最优的面板吻合旋转调整量。
[0110] 本发明的优点可通过W下仿真进一步说明:
[0111] 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
[0112] 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 -3kg/cm2;面板为侣合金,密度为2.73 X l〇-3kg/cm3,厚度为4mm。
[011引 2.施加重力载荷
[0114] 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,其位移云图如图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。
[0115] 3.计算天线最佳吻合抛物面
[0116] 利用上一步骤中提取的变形抛物面节点坐标信息,通过软件编程计算可得到最佳 吻合抛物面方程,其中六个参数Ax、Ay、Az、(K、(^和Af分别等于0.000000000000046、
[0117] 4.计算变形抛物面的均方根误差
[0118] 实施例中计算得到变形抛物面的均方根误差为1.294mm。
[0119] 5.确定最优工作性能下的目标曲面
[0120] 实施例中天线处于仰天状态,利用之前步骤确定的最佳吻合抛物面参数,计算得 到使天线增益和指向最优的目标曲面,如图4所示,其方程为:
[0122] 6.确定变形抛物面与目标曲面的对应节点
[0123] 利用促动器初始位置信息、过支撑节点的法线方程W及目标曲面方程,联立方程 组,求解得到变形抛物面与最优工作性能下的目标曲面的对应节点坐标信息,天线曲面调 整几何关系示意图如图4所示。
[0124] 7.计算促动器调整量
[0125] 根据上一步骤中得到的对应节点坐标信息,判断对应节点的位置是沿着促动器支 撑面板节点位置的正方向还是反方向,再计算得到对应促动器调整量。
[0126] 8.对比调整前后天线工作性能
[0127] 表1天线调整前后天线工作性能对比
[0129] 利用抛物面天线机电禪合模型,机电禪合模型中反射面误差示意图如图5所示,计 算变形抛物面天线的远区电场方向图,从方向图中可得到天线的增益、波束指向等电性能 参数,调整前后的天线电性能对比如图6、图7所示。将面板调整前后的天线工作性能进行对 比,由表1可W看出,自重变形时天线增益损失为-0.269地、工作指向偏差为0.0008°,面板 调整后天线增益损失为-0.009地、工作指向偏差为0°,则调整后比调整前天线增益提高了 0.26地,天线工作指向修正,满足实际工程中对天线性能要求。
[0130] 通过上述仿真可W看出,采用本发明的方法可W直接计算出面向增益与指向的促 动器调整量,保证了天线高增益、高指向的工作性能,能明显改善天线反射面精度,使天线 在复杂服役环境中工作在最优性能下。
【主权项】
1. 一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法,其特征在于,包 括如下过程: (1) 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; (2) 根据建立的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施加重力载荷,计算天线结构自重变形,并提取天线变形抛 物面的
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