天線結構位移場與電磁場耦合建模及分析研究.pdf

1、電子裝備作為機電結合的系統(tǒng),其機電耦合問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瓶頸。本文在多個國家重點項目的支持下,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象,針對其在分析與設計過程中,存在的機械結構位移場與電磁場的場耦合問題進行了深入研究與探索,主要內容包括:
　　 (1)針對反射面天線機電場耦合問題,綜合考慮結構位移場引起的系統(tǒng)誤差,以及制造和裝配精度帶來的隨機誤差,針對影響電磁場邊界的主反射面

2、變形、饋源位置和指向誤差等主要誤差,確定其與天線遠場方向圖的影響關系,建立反射面天線結構位移場與電磁場的場耦合理論模型。針對反射面天線結構和電磁網(wǎng)格不匹配的問題,采用結構和電磁網(wǎng)格矩陣轉換的方法進行場耦合模型求解。經(jīng)3.7米Ku頻段卡塞格倫天線變形實驗,驗證了場耦合理論模型的正確性。
　　 (2)為降低反射面天線結構變形對電性能影響,提出一種基于機電場耦合理論模型的饋源調整方法。在天線結構設計變量不變的情況下,構建以饋源位置和指

3、向為設計變量,以天線電性能為目標函數(shù)的優(yōu)化設計數(shù)學模型,彌補機電分離時饋源調整方法的不足。與最佳吻合面的饋源調整方法相比,可有效改善天線電性能。相關結論可為工程實踐提供參考。
　　 (3)針對平板裂縫天線機電場耦合問題,綜合考慮系統(tǒng)誤差和隨機誤差,從天線陣面平面度入手,針對影響電磁場邊界的輻射單元(輻射縫)位置偏移、指向偏轉,以及結構變形引起的縫電壓幅相誤差,確定其與天線遠場方向圖的影響關系,建立平板裂縫天線結構位移場與電磁場的

4、場耦合理論模型。給出場耦合模型的順序求解方法,并重點說明縫電壓誤差的計算方法。分別經(jīng)Ku頻段彈載和X頻段機載平板裂縫天線的實物實驗,驗證了場耦合理論模型的正確性。
　　 (4)就隨機振動對機載雷達天線電性能的影響問題進行了研究。首先利用隨機振動環(huán)境下天線結構響應的位移協(xié)方差矩陣,提出天線結構變形的隨機樣本生成方法,結合平板裂縫天線機電場耦合理論模型分析隨機振動對天線電性能的影響。其次,根據(jù)天線結構響應的位移和應力分布信息,確定出

5、天線結構的薄弱環(huán)節(jié),提出結構改進方案,并分析隨機振動對改進模型電性能的影響。數(shù)值結果表明改進模型可有效降低增益損失和指向誤差,可為機載雷達天線工程設計人員提供參考。
　　 (5)針對平板裂縫天線焊接后存在的結構變形對電性能影響問題,應用有限元方法和生死單元技術,對天線熱加工過程進行數(shù)值模擬,分析材料物性參數(shù)和溫度曲線與焊接后結構殘余應力和變形的影響關系,并結合機電場耦合理論模型分析焊接變形對天線電性能的影響。著重討論溫度曲線與焊