本文關鍵詞：反射面天線機電集成優(yōu)化設計關鍵技術研究

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【摘要】：反射面天線廣泛應用于雷達、通信、射電天文等領域。隨著反射面天線大口徑、高頻段、高精度的發(fā)展趨勢,反射面天線的設計要求日益苛刻,其設計理念已從傳統(tǒng)的機電分離設計(機械結構實現(xiàn)其電氣性能)發(fā)展為機電集成優(yōu)化設計。本文針對反射面天線機電集成優(yōu)化設計中的關鍵問題進行了研究,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算方法。該方法在前人將結構變形引起的附加相位項作二階泰勒展開的基礎上,采用與結構有限元模型相同的單元形函數(shù)作為輻射積分運算的局部插值函數(shù),將結構有限元模型中的“單元剛度陣”、“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算中,使遠場輻射積分運算與結構變形分離,通過“單元組集”的概念將輻射積分運算轉化為簡單的矩陣相乘運算。該方法可以實現(xiàn)不同結構變形的反射面天線電性能快速計算。仿真算例驗證了方法的準確性與有效性。2.導出了反射面天線電性能對節(jié)點位移的敏度信息。該方法在結構有限元模型的基礎上,采用與結構有限元模型相同的單元形函數(shù)作為輻射積分運算的局部插值函數(shù),將結構變形引起的法向矢量變化量和附加相位項作一階展開,通過直接微分法獲得反射面天線電性能——方向系數(shù)對結構有限元節(jié)點位移的導數(shù)。分別針對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行了針對節(jié)點位移的敏度分析,得到了有意義的結論。3.提出了一種基于機電集成優(yōu)化設計的網(wǎng)狀反射面天線形面調整方法。該方法直接以天線主軸方向系數(shù)為目標函數(shù),以索網(wǎng)初始放樣長度為設計變量,建立了網(wǎng)狀反射面天線形面調整的機電集成優(yōu)化設計模型。將前面已導出的“近似計算方法”和“敏度信息”應用到此優(yōu)化模型的求解中,在對網(wǎng)狀反射面天線進行敏度分析的基礎上,獲得了方向系數(shù)對索網(wǎng)初始放樣長度的梯度列向量與Hessian陣,并證明了Hessian陣的正定性,應用序列二次規(guī)劃法進行求解。仿真算例驗證了方法的有效性。4.從機電集成的角度,提出了一種結構隨機誤差對網(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)點位置與索單元長度的隨機性,首先采用隨機因子法對結構隨機參數(shù)進行描述；其次在索網(wǎng)節(jié)點位移對桁架節(jié)點位置、對索單元長度的敏度分析的基礎上,確定索網(wǎng)節(jié)點位移隨機變量的數(shù)字特征；然后結合天線方向系數(shù)對索網(wǎng)節(jié)點位移的敏度信息,將天線方向系數(shù)在索網(wǎng)節(jié)點位移隨機變量均值附近進行泰勒級數(shù)展開,進而導出了天線方向系數(shù)隨機變量的數(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電集成優(yōu)化設計方法。該方法直接以天線波束賦形要求為目標函數(shù),以索網(wǎng)初始放樣長度為設計變量,建立了網(wǎng)狀反射面天線波束賦形綜合的機電集成優(yōu)化設計模型。在對網(wǎng)狀反射面天線進行敏度分析的基礎上,將天線方向系數(shù)對索網(wǎng)初始放樣長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構設計變量的函數(shù),并采用序列規(guī)劃法進行了典型網(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現(xiàn)奠定了理論基礎。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN823.27

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