某相控阵天线阵面静态仿真分析

文中针对某相控阵扫描天线阵面变形对天线电性能影响的评判问题,提出了一种最佳吻合平面的算法,用以区分相控阵天线阵面的刚体位移和结构变形;建立了该天线的有限元模型,对天线进行重力和温度载荷分析,利用最佳吻合平面算法对仿真数据进行后处理,分别得到天线阵面的静态平面度误差和方位指向误差。     

模块化雷达天线阵面平面度误差分析及软件开发

一种基于DAU模块积木化拼装结构的新体制相控阵雷达,其天线阵面大小取决于DAU的数量和拼装形式。为了确保天线低副瓣指标,需要对由DAU拼装形成的天线阵面进行平面度误差分析,并寻求基本拼装单元DAU结构要素与阵面平面度误差之间的联系。在此基础上,通过合理建模和拼装定位公差分析,开发出可信的并与实际阵面比对过的参数化天线阵面平面度误差分析软件。     

大型天线阵面平面度分析与控制

天线阵面平面度是雷达结构设计中需要控制的关键指标。文中以某大型固定天线阵面为研究对象,分析了影响阵面平面度的各个因素,对各因素进行了误差分配,制定了各因素的控制方案。介绍了阵面平面度测量方案及天线阵面安装后平面度实测结果,实测数据满足平面度指标要求。该分析和控制方法为同类天线阵面平面度分析提供了参考,具有借鉴意义。     

大型相控阵雷达阵面平面度测量方法研究

阵面平面度是天线阵面设计的关键指标,其准确测量是指标校核的重要手段。文中从大型相控阵雷达的阵面平面度的测量需求出发,分析了现有常规测量手段在各型雷达中的适应性,并结合工程实际应用阐述了各方法在实际测量中的关键点,为同类应用时方法的选取和使用提供了依据。同时,针对现代大型相控阵雷达的设计特点,提出了平面度测量的未来趋势。     

某模拟雷达的天线结构设计与仿真分析

针对模拟雷达低成本的设计需求,在天线设计时采用基础框架与相控阵阵面相结合的复合天线结构,用较少单元的相控阵阵面模拟真实雷达的相控阵阵面。相控阵阵面采用喇叭空馈。这种馈电形式为封闭式,因而能量漏失小,馈电效率高。阵面的输入单元和辐射单元采用开口波导。该波导结构简单,加工成本低。它们通过轴向阶梯面与移相器连接,连接处不会产生电磁波泄漏和空间耦合。文中还建立了天线的有限元模型,进行静力分析,得到了天线在各工况下的应力云图和变形云图。结果表明,天线结构在各种工况下均能满足设计指标要求。     

大型相控阵天线结构与调整机构一体化设计

针对某大型相控阵天线自重大、加强筋安装位置受限等特点导致天线阵面精度难以保证的工程背景,进行相控阵天线阵面结构方案优化设计。考虑到大型阵面的自重变形导致的柔性特点,提出综合考虑阵面变形后平面度和调整机构精度的一体化优化设计模型,对调整机构支腿的布局进行了优化设计。同时,考虑到加强筋安装位置和型材受限,利用连续化过滤函数,使得型材变量与连续变量进行映射,将离散变量拓扑优化转换为连续变量拓扑优化求解,提高了求解效率,降低了求解的规模。采用上述方法对某大型相控阵雷达进行了案例验证,收到满意的结果。     

相控阵天线碗状变形对其辐射性能的影响分析

如何快速而准确地评估天线阵面结构变形对电性能的影响是工程上亟需解决的关键问题。文中根据某大型相控阵天线设计了3种规格的阵列天线,按照典型的天线阵面碗状变形,分别采用HFSS数值计算方法和有源阵元方向图（Active Element Pattern, AEP）计算方法计算阵元Z向误差和指向误差对电性能的影响。结果表明：当Z向偏差小于λ/20（λ为波长）时,碗状变形对副瓣电平和波束宽度的影响显著,对增益影响较小;当Z向偏差增大到λ/20时,天线增益明显恶化;随着阵元规模的增大,得益于阵元互耦效应,碗状变形对电性能的影响减弱。AEP计算方法忽略了阵元方向图的差异性及互耦效应,导致其计算精度不如HFSS数值计算方法的计算精度高,特别是副瓣计算结果差异明显。该研究可为相控阵天线结构设计参数的确定提供指导。     

轻薄阵列天线阵面形状调整的作动器布局优化

针对轻薄阵列天线结构刚度差、易受复杂环境载荷影响,产生天线阵面结构变形的问题,进行阵面结构补偿设计。首先从阵面结构动力学方程出发,在保证天线阵面可控的前提下,以作动器补偿后阵面变形均方根误差最小和所需的控制能量最少为优化目标,推导并建立了作动器布局的优化模型;并根据阵面变形控制方程计算各作动器的最佳输出力,保证补偿后阵面变形均方根误差最小;最后,以悬臂式阵列天线和某圆形孔径阵列天线模型为例,采用遗传算法对作动器进行了布局优化。分析结果表明,该作动器布局的优化模型可靠,可保证轻型阵列天线阵面的结构变形均方根误差减小80%以上。     

有源相控阵天线服役性能调控技术进展与挑战

有源相控阵天线广泛应用于地面防空、机载火控、弹载制导、空间通信、电子侦察、气象导航等领域,是未来雷达技术发展的主流。天线在服役过程中不可避免地会受到复杂环境载荷作用,使阵面产生难以预知的结构变形与馈电误差,导致阵元位置偏移、指向偏转、阵元间互耦改变等,最终严重恶化天线的电性能。为此,文中归纳了陆、海、空、天不同服役场景下的环境载荷因素,厘清了稳态载荷、瞬态载荷对天线性能的影响机理,总结了天线阵面形变与馈电系统误差监测方法,进一步从结构补偿、电子补偿两方面给出了天线性能调控关键技术,并探讨了有源相控阵天线服役性能调控未来的研究方向与挑战。     

某MST 雷达天线阵面结构设计

中间层、平流层、对流层（Mesosphere - Stratosphere - Troposphere, MST）大气探测雷达在大气观测领域的应用越来越广泛,但其庞大的天线阵面尺寸给阵面布局、阵地基建和阵面电缆布线带来了很大挑战,也限制了该类型雷达的应用。文中从MST 雷达的天线阵面结构设计需求出发,针对高原地区环境特点,提出了一种新的天线阵面布局方案,并对天线阵地基建和天线阵面布线给出了详细设计方案,同时还设计了一种既满足电性能要求又适应高原环境的天线单元。通过对天线单元进行有限元力学仿真分析,验证了其结构设计的合理性。     

某大型振动试验工装研究

机载雷达振动试验是机载雷达研制过程中不可缺少的过程之一,而振动工装设计的合理性决定了振动试验的真实性和可靠性。传统工装设计忽略了振动正交耦合的影响,使雷达天线单元处于过试验状态,严重时会毁坏雷达天线单元。文中通过有限元仿真和试验分析了某机载雷达天线单元振动工装的振动特性。结果表明,该振动试验工装的固有频率和振动传递率均满足设计和试验要求,但正交耦合现象较为明显。最后对该工装提出了设计改进措施,可为今后类似振动工装的设计和研究提供有益的参考。     

冲击波载荷对平面阵列天线电性能的影响

从机电学科交叉的角度,研究冲击波载荷作用下平面阵列天线结构塑性变形对天线电性能的影响.首先,根据爆炸冲击波的超压时程模型,采用弹塑性结构的瞬态有限元方法,获得冲击波载荷作用下平面阵列天线结构的塑性变形.然后,将结构塑性变形引入到平面阵列天线远场方向图表达式中,得到冲击波载荷作用下天线电性能的数学分析模型.最后,针对某X频段工作的平面阵列天线,分析了冲击波载荷对其增益损失、副瓣电平及波束指向的影响关系.数值分析结果可用来预测冲击波载荷作用后平面阵列天线可否正常工作.另外,文中的分析方法也可用于其他类型天线的冲击波载荷影响分析.     

雷达天线阵面及天线座炮振响应分析

为了保证天线阵面和天线座在炮击振动下的位移响应满足天线指向的精度要求,应力响应满足强度要求,加速度响应满足模块的设计要求,固有频率满足伺服系统带宽的要求,对雷达天线阵面和天线座的炮振响应进行仿真计算,得到仿真模型的固有模态和固有频率,以及模型的位移响应、应力响应和加速度响应,然后将仿真结果和各项要求进行对比分析,证明了天线阵面和天线座的结构设计合理,雷达在炮振条件下可以正常工作.     

相控阵雷达中重要结构件的成形技术

相控阵雷达天线箱体的制造通常采用铆接成形技术,过程中易出现铆接形变和相对位置偏差等现象.分析了其重要结构件的结构特点,通过对紧固件的结构优化以及工装的合理设计和运用,提出了该类相控阵雷达天线箱体的成形方法,解决了该类天线箱体的制造难题,保证了设计精度要求.     

某机载雷达天线框架结构的有限元分析

天线框架是天线的安装平台和精度基准,其结构刚度与强度直接关系到机载雷达的性能。文中以某机载雷达天线框架结构为研究对象,建立了完整的有限元仿真模型,进行了模态分析,给出了结构的前6 阶固有频率及振型,完成了该结构在加速度过载下的准静态分析及随机振动的响应分析,得到了相应的变形和应力值,并计算了相应的安全裕度。结果表明,该机载雷达天线框架具有较高的基频和较好的刚强度,结构设计满足机载产品抗力学环境设计要求。     

天线座多柔体动力学建模与仿真分析

天线座作为支撑天线阵面探测目标的传动机构,是机械扫描雷达的一个典型部件,其动力学响应特性直接影响天线波束的指向精度。文中基于ADAMS仿真软件,以第1类Lagrange（拉格朗日）方程为建模理论,建立了天线座多柔体系统动力学模型,分析了天线座齿轮副接触力、转动角速度、转动角加速度等动力学响应特性,并与天线座多刚体动力学模型仿真结果进行了对比分析。仿真得到的天线座动力学典型数据与试验结果基本一致,表明文中采用的多柔体系统动力学建模方法及建模过程合理。该动力学建模方法可供后续类似结构设计借鉴和参考。     

某机动式雷达天线阵面结构优化设计方法研究

文中提出了机动式雷达天线阵面结构正向设计方法,对雷达天线阵面进行了轻量化设计.应用经典力学求解天线阵面在静力学工况下的最大应力和变形,将此作为优化约束条件,将阵面质量作为优化目标,建立天线阵面的数学模型,用遗传算法进行第1次设计优化,得到天线阵面的初始结构参数综合考虑静力学工况与动力学工况,进一步用ANSYS系统的APDL建立参数化有限元模型,进行第2次优化,得到天线阵面的结构参数.文中对某型号的机动式雷达天线阵面进行了正向设计,并将优化结果与该雷达现有设计结果进行了分析对比.结果表明该正向设计方法合理,轻量化效果明显.