本文關(guān)鍵詞：反射面天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：反射面天線廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、射電天文等領(lǐng)域。隨著反射面天線大口徑、高頻段、高精度的發(fā)展趨勢(shì),反射面天線的設(shè)計(jì)要求日益苛刻,其設(shè)計(jì)理念已從傳統(tǒng)的機(jī)電分離設(shè)計(jì)(機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其電氣性能)發(fā)展為機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文針對(duì)反射面天線機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下：1.提出了一種基于有限元形函數(shù)的變形反射面天線電性能近似計(jì)算方法。該方法在前人將結(jié)構(gòu)變形引起的附加相位項(xiàng)作二階泰勒展開(kāi)的基礎(chǔ)上,采用與結(jié)構(gòu)有限元模型相同的單元形函數(shù)作為輻射積分運(yùn)算的局部插值函數(shù),將結(jié)構(gòu)有限元模型中的“單元?jiǎng)偠汝嚒�、“整體剛度陣”、“單元組集”的概念引入到變形反射面天線電性能的近似計(jì)算中,使遠(yuǎn)場(chǎng)輻射積分運(yùn)算與結(jié)構(gòu)變形分離,通過(guò)“單元組集”的概念將輻射積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的矩陣相乘運(yùn)算。該方法可以實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)變形的反射面天線電性能快速計(jì)算。仿真算例驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性與有效性。2.導(dǎo)出了反射面天線電性能對(duì)節(jié)點(diǎn)位移的敏度信息。該方法在結(jié)構(gòu)有限元模型的基礎(chǔ)上,采用與結(jié)構(gòu)有限元模型相同的單元形函數(shù)作為輻射積分運(yùn)算的局部插值函數(shù),將結(jié)構(gòu)變形引起的法向矢量變化量和附加相位項(xiàng)作一階展開(kāi),通過(guò)直接微分法獲得反射面天線電性能——方向系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)有限元節(jié)點(diǎn)位移的導(dǎo)數(shù)。分別針對(duì)反射面天線輻射特性中的最大方向系數(shù)、副瓣電平和交叉極化電平進(jìn)行了針對(duì)節(jié)點(diǎn)位移的敏度分析,得到了有意義的結(jié)論。3.提出了一種基于機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的網(wǎng)狀反射面天線形面調(diào)整方法。該方法直接以天線主軸方向系數(shù)為目標(biāo)函數(shù),以索網(wǎng)初始放樣長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量,建立了網(wǎng)狀反射面天線形面調(diào)整的機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。將前面已導(dǎo)出的“近似計(jì)算方法”和“敏度信息”應(yīng)用到此優(yōu)化模型的求解中,在對(duì)網(wǎng)狀反射面天線進(jìn)行敏度分析的基礎(chǔ)上,獲得了方向系數(shù)對(duì)索網(wǎng)初始放樣長(zhǎng)度的梯度列向量與Hessian陣,并證明了Hessian陣的正定性,應(yīng)用序列二次規(guī)劃法進(jìn)行求解。仿真算例驗(yàn)證了方法的有效性。4.從機(jī)電集成的角度,提出了一種結(jié)構(gòu)隨機(jī)誤差對(duì)網(wǎng)狀反射面天線電性能影響的分析方法。分別考慮周邊桁架節(jié)點(diǎn)位置與索單元長(zhǎng)度的隨機(jī)性,首先采用隨機(jī)因子法對(duì)結(jié)構(gòu)隨機(jī)參數(shù)進(jìn)行描述；其次在索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位移對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)位置、對(duì)索單元長(zhǎng)度的敏度分析的基礎(chǔ)上,確定索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位移隨機(jī)變量的數(shù)字特征；然后結(jié)合天線方向系數(shù)對(duì)索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位移的敏度信息,將天線方向系數(shù)在索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位移隨機(jī)變量均值附近進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi),進(jìn)而導(dǎo)出了天線方向系數(shù)隨機(jī)變量的數(shù)字特征——均值與方差。5.提出了一種網(wǎng)狀反射面天線波束賦形綜合的機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法直接以天線波束賦形要求為目標(biāo)函數(shù),以索網(wǎng)初始放樣長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量,建立了網(wǎng)狀反射面天線波束賦形綜合的機(jī)電集成優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。在對(duì)網(wǎng)狀反射面天線進(jìn)行敏度分析的基礎(chǔ)上,將天線方向系數(shù)對(duì)索網(wǎng)初始放樣長(zhǎng)度的敏度信息引入到方向圖綜合中,最終將賦形波束表示為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量的函數(shù),并采用序列規(guī)劃法進(jìn)行了典型網(wǎng)狀反射面天線的波束綜合。該方法為星載網(wǎng)狀反射面天線波束賦形的工程實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN823.27

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本文編號(hào)：1274723