动载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响

结构功能一体化天线是将集成微带天线阵列的射频电路嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来飞行器中具有巨大的应用前景。针对服役中的结构功能一体化天线力电性能演化问题,通过分析结构变形与天线电性能的影响关系,利用相位差建立动载荷作用下结构功能一体化天线的机电耦合模型,利用最小二乘支持向量回归对结构变形的数据拟合来获得结构变形下的电性能。通过研制的2.5 GHz结构功能一体化天线试验装置,验证了机电耦合模型的正确性。利用验证后的耦合模型,通过数值分析获得了动态载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响规律,其结果表明,动态载荷下天线结构变形会影响天线的主波束方向、增益和副瓣。     

机载振动对共形阵列天线电性能的影响

环境载荷严重影响共形阵列天线的电性能,对研究和发展高性能共形天线而言,环境载荷是一个不容忽视的问题。文中从变形面的拟合出发,提出了一种变形后天线电性能的计算方法,利用此方法计算随机振动下共形阵列天线的电性能,分析随机振动对共形阵列天线电性能的影响。文中所提方法与结论可为工程技术人员设计高性能共形天线提供参考。     

结构功能一体化天线的机电耦合机理和实验

结构功能一体化天线能够将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来武器装备中具有巨大的应用前景。这种天线具有结构和电路的高度集成以及服役环境苛刻等特点,现有方法难以满足其设计制造。文中针对结构功能一体化天线的机电耦合机理问题,提出了一类阵列天线结构因素对电性能影响的混合建模方法。结合理论分析和试验数据,建立了该类天线的机电耦合模型,发掘了典型结构因素对电性能的影响机理。通过天线样件的力电性能实验,验证了机电耦合机理的有效性。本研究成果可应用到结构功能一体化天线的设计制造领域中。     

金属桁架式天线罩结构变形对系统电性能的影响

针对金属桁架式天线罩在载荷下的结构变形对系统电性能影响的问题,分析天线罩在载荷作用下的变形,针对变形的蒙皮和桁架,将天线电磁波透过蒙皮后的透射场与桁架产生的散射场相叠加,得到变形罩体下的天线远场,在此基础上分析变形天线罩对系统电性能的影响。通过某20 m金属桁架式天线罩进行数值仿真,结果表明变形对系统电性能的影响显著,且罩体的厚度越大、频率越高,变形引入的影响越大,在此基础上分析天线罩结构变形对系统电性能的影响机理,指出较大变形下系统电性能没有剧烈变化的原因,并提出可以真实反映电性能变化程度的天线罩变形描述方法。     

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。     

接地板变形对微带阵列电性能影响的仿真分析

针对微带阵列天线在制造与使用过程中接地板存在变形的情况,仿真分析了碗状与正弦周期2种结构变形对天线电性能的影响。首先将结构规则的微带贴片天线等效为2条辐射缝隙,研究了其接地板变形对其端口特性与辐射性能的影响。然后通过改变贴片长度和馈电点位置调整了天线的谐振频率和阻抗匹配。在此基础上,建立了矩形排布的4×4贴片阵列,分析了接地板碗状变形与正弦周期变形对阵列辐射性能的影响。仿真数据与图表反映了接地板变形对阵列天线电性能的影响规律。     

平面阵雷达振动变形特性分析

平面阵雷达的阵面变形误差影响天线的电性能,设计过程中需要对阵面变形特性进行分析.文中提出利用最小二乘法评定阵面平面度,采用坐标变换方法分析变形平面的刚性位移,通过变形阵面的平面度、转动角度和平动位移全面评估阵面的振动变形特性.分析某平面阵雷达在振动环境下的变形,获得变形阵面的变形误差和刚性变形,评估振动环境下阵面的变形特性,为结构的刚度设计和雷达的电性能评估提供理论支撑.     

动载作用下K—T和J—Q理论的推广应用

用塑性变形理论研究了稳定裂纹在动态载荷作有征的裂纹顶端渐近场－动态ＨＲＲ场,针对低速冲击载荷作用下平面应力双边裂纹板,以及高速冲击载荷作用下的三点弯曲试件,分别进行了试验和动态弹塑性有限元分析,主要讨论了动载作用下幂硬化材料Ｉ型ＨＲＲ场,Ｋ－Ｔ以及Ｊ－Ｑ理论的推广应用,从计算分析结果可得到两个主要结构：（１）Ｋ－Ｔ理论对低,高速冲击载荷均可适用,而Ｊ－Ｑ理论和动态ＨＲＲ场对低速冲击载荷可推广应用,     

基于多场载荷作用的天线舱结构优化设计

基于变密度法(SIMP)建立了复杂载荷工况作用下天线舱这一特殊结构支承体系拓扑优化的有限元模型及多场载荷等效模型。根据建筑规范并考虑结构的可制造性对天线舱支承体系进行拓扑优化设计。多工况下的天线舱结构数值分析表明拓扑优化得到的天线舱结构满足设计性能指标,为多场载荷作用下的天线舱结构设计提供可借鉴的方法。     

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。     

平板裂缝天线热加工误差数值仿真及其对天线电性能的影响

基于学科交叉,文中研究了热加工对平板裂缝天线电性能的影响问题。首先,应用热弹塑性理论和生死单元技术,模拟了降温曲线、焊料及工装方式3种不同因素对天线残余应力、变形的影响。然后,文中提出了结构位移场与电磁场的场耦合理论模型,研究了热加工误差对天线电性能(增益、副瓣电平等)的影响。最后,将理论与方法应用于某机载平板裂缝天线的实际工程中,取得了较为满意的结果。     

某雷达天线的风载荷分析

天线作为雷达的重要组成部件,其结构刚强度是否满足技术指标的要求对整体性能有着及其重要的影响。抛物面天线的口面面积较大,风载荷成为影响天线性能最重要的载荷,所以对风载荷下的天线进行研究是非常必要的。从实际的技术指标出发,对某毫米波测云雷达的天线进行了风载荷分析,简化天线结构并建立有限元模型,对两个关键风速下的模型进行了应力应变的分析,验证了天线的设计可靠性,并为天线以后的设计和优化提供了重要的依据。     

考虑太阳照射的地基面天线机电耦合分析

下一代深空探测的地基面天线的面精度要求达到亚毫米级,必须考虑太阳照射导致的温度的影响。针对这一问题,以"嫦娥工程"的40 m通信面天线为研究对象,根据天线的地理位置和时间日期,计算天线受到的热流密度;考虑对流、传导和辐射三种传热方式计算天线的温度分布,并用某7.3 m卡式天线设计温度试验,结果表明温度分析是有效的;将温度作为载荷计算天线的结构变形;根据天线远区的电场公式计算电性能,并提取增益损失、副瓣电平和指向误差等主要电性能指标。仿真结果表明,温度对电性能的影响不但体现在结构变形的均方根值上,更与变形的分布形式密切相关。分析的方法和结论可用于指导下一代面天线结构设计,也可供同类型面天线设计时参考。     

面向智能蒙皮天线电补偿的位移场重构

智能蒙皮天线能够将集成微带天线和传感元件嵌入到各类武器平台结构中,不仅具有电磁收发和力学承载性能,同时还具有服役状态感知与性能自适应功能.为了解决蒙皮天线因结构变形导致的电性能恶化问题,文中提出了一种嵌入光纤光栅的智能蒙皮天线结构,并利用模态分析和状态空间理论,从少量光纤光栅测量的应变实时重构天线结构的变形位移场.通过研制的智能蒙皮天线结构变形实验系统,验证了变形位移场重构方法的有效性.该位移场重构方法为智能蒙皮天线电补偿系统的研制奠定了基础.     

毫米波阵列天线组件一体化精密成型设计

随着毫米波技术的发展,各种形式毫米波阵列天线得到广泛应用,高精度阵列天线组件的精密成型、加工是实现天线阵列性能的重要环节。文中介绍了用电铸一体化精密成型设计方法的典型毫米波阵列天线组件,毫米波裂缝天线组件和毫米波行馈组件,对其它毫米波波导器件的设计制造有参考意义。