大型空间桁架面天线的结构 —电磁耦合优化设计

 由于载荷变化及各种随机干扰,大型空间桁架面天线必须保持非常精确的形状.基于提高空间天线电磁性能以及降低作动器能耗的目的,结合大型空间桁架天线结构的特点,建立了以天线轴向增益和作动器能耗为目标函数,以结构强度、作动器变形和轴力为约束条件的多目标优化模型.数值试验结果表明,结构—电磁耦合优化设计模型只需较低的作动器能耗,就能明显提高天线电性能,很好地满足了天线结构与电磁设计要求.     

考虑馈源位置误差的面天线机电耦合优化设计

 针对面天线结构设计中存在的机电分离以及忽视馈源位置误差的问题,从机械电磁两场耦合的角度,将反射面天线主面误差和馈源位置误差统一到天线方向图的远场计算公式中,从而可以研究包含馈源支撑结构在内的天线结构参数对主要电性能（包括增益、副瓣、波瓣宽度、指向精度等）的影响。利用该公式建立了包含馈源支撑结构参数的天线整体机电耦合优化模型,通过某8米天线的仿真对比表明了该耦合优化模型的优点,最后将该优化模型应用于某40米大型反射面天线,取得了满意的效果。     

面天线结构机电综合优化设计

运用天线机电耦合理论，对面天线结构进行机电综合优化设计。建立了以天线增益为目标的结构多工况优化模型，基于可行方向法，编制了具有一定通用性和工程实用价值的优化程序。优化过程中采用可视化监控、暂停和变量冻结的技术。对在自重载荷作用下的16m口径圆抛物面天线结构进行了优化设计，结果表明该优化程序收敛快、稳定性好。     

大型面天线CAE分析与电性能计算的集成

研究了CAD/CAE集成建模技术和天线组合结构理论,基于反射面位移场并采用PO法分析天线远区电场,解决了由背架、反射面和中心体组成的组合结构网格自动划分难题,开发了面向大型雷达天线结构的集成分析系统.此系统可辅助结构设计人员对天线结构参数进行修改,对结构形状、分布方式进行调整,对天线加工精度、装配精度提出合理要求.工程案例的应用结果证明了该系统的有效性与准确性.     

一种桁架结构的拓扑优化设计方法

本文直接从结构力滨三个基本方程出发，构造了一种有效的布局优化设计方法，最优解通过一个线性规划的求解完成，此外，将m n个性态约束等效为n个独立的性态约束。在线性规划的求解中，需要给定的是应力场而不是位移场。最后，将专家系统应用于结构的机动性分析。几个数值计算结果说明了方法的有效性。     

随机参数反射面天线机电集成稳健优化设计

针对反射面天线风荷与结构参数具有随机性的特点,提出了随机因素下机电集成设计方法.首先,导出了随机因素下反射面天线电磁场与位移场的场耦合关系式.其次,提出了基于新关系式的机电集成稳健优化设计模型,给出了求解的策略与方法.最后,将所提出的理论与方法应用于某8m与40m天线中,得到了满意的结果.     

一种大型桁架卫星通信天线座架的优化设计

针对一种大型桁架卫星通信天线座架,对其结构优化设计进行了简要介绍。其中包括天线主座架结构件的形式的优化、关键部件的驱动装置、同步装置、轴系精度的设计,并采用有限元方法对天线结构模型进行了力学分析计算,保证了在工作风速下可以满足天线高精度的要求。通过天线长期的工作数据表明,优化设计后的天线座架结构各项特性均优于设计要求。可为其他桁架天线的结构设计提供技术参考。     

电可控机电耦合特性的研究

基于经典的压电学第一，第二类方程，引入铁电体中普遍存在的电致伸缩效应，本文导出了电可控机电耦合特性的关系式，该式表明电可控机电耦合效应主要起源于铁电体的电致伸缩效应，电致伸缩效应愈强，可控范围愈大；具有弥散相变的铁电体可控范围要远大于尖锐相变的铁电体。理论结果和实验相一致。     

压电元件机电耦合系数定义研究

用作转换器的压电元件的一个重要特性是衡量其能量转换效率。常用来表征这一特征的参数是机电耦合系数。对于机电耦合系数这一参数,没有一个统一的定义,对目前常用的三种定义方式进行了分析,通过一个实例 — —长条片横向长度伸缩振动模式压电振子,比较了三种定义的联系、差别以及适用范围。分析结果表明:开路-短路计算方法是一种适用范围更广的方法。     

张力桁架天线的优化设计

本文提出了一种预应力桁架结构天线的设计方法，该方法将预紧张力结构设计的基本原理同索网结构设计中有效的找形方法结合起来。首先，对给定的支撑结构做出静态稳定的张力桁架；然后，利用找形方法做出桁架的预应力几何结构。为了论证该方法的有效性，分别对三种不同支撑结构的天线进行了分析。     

宽角扫描偏置单反射面天线的面赋形设计

为实现宽角扫描,对偏置单反射面天线进行了面赋形设计,减少了天线在扫描过程中所需馈源阵单元的数目,或者说在馈源阵单元数目给定的情况下,赋形工作降低了波束扫描给天线带来的增益损失.赋形工作中,首先根据反射面的初始数据,以双三次B样条函数逼近其初始形状,然后从各预定的馈源位置向反射面发出若干条射线,并采用几何光学(GO)求得这些射线经反射面反射后的方向,最后以这些反射线的方向与各对应扫描方向之间的偏差最小为优化目标,通过Poweu方法对样条函数的插值数据点进行调节,最终确定了赋形反射面的形状.模拟结果表明了文中所述方法的可行性和有效性.     

微波天线多场耦合理论模型与多学科优化设计的研究

建立了微波反射面天线、平板裂缝天线及有源相控阵天线的多场耦合理论模型,并给出了相应的求解策略与方法,研究了系统误差、随机误差及温度等因素对天线电性能的影响,通过实验验证了模型及求解方法的正确性。最后,通过引入统一的设计向量建立了基于多场耦合理论的多学科优化设计模型,降低了设计工作的重复性,减少了后期的调试难度。     

基于支持向量回归的腔体滤波器机电耦合建模与优化

为了提高装配后的滤波器电性能和成品率,该文提出了一种基于支持向量回归的腔体滤波器机电耦合建模和优化方法。该方法根据工程中积累的经验数据,首先应用改进的多核线性规划支持向量回归算法建立了制造精度对滤波器电性能影响的机电耦合模型,然后应用此模型优化了滤波器的制造精度,从而获得了最优的机械结构尺寸。实际滤波器的实验结果验证了该方法的有效性。该方法可用于批量生产的腔体滤波器的计算机辅助制造系统中。     

表面纹理对反射面天线电性能的影响

反射面天线面板的加工质量包括加工精度和表面质量,两者都会影响天线的电性能。论文针对研究较少的表面加工质量,利用分形函数建立表面纹理的数学模型,并通过相位差将微观表面纹理引入天线的远场方向图计算公式,利用三角形单元的Gauss积分公式数值求解。通过仿真,分析了不同的表面纹理幅度、密度和粗糙程度对天线远场方向图的影响。研究发现：表面纹理的幅度越大,对方向图的影响越大;密度越大、越粗糙,影响越小。而且,幅度的影响最大,密度其次,粗糙程度影响最小。仿真的结果与模型定性分析的结论符合。所提出的模型和方法为研究面板表面加工质量对反射面天线电性能的影响提供了新的思路,得出的结论也可供工程实践参考。     

反射面天线机电场耦合关系式及其应用

针对反射面天线随机误差和系统误差的特点,通过对Ruze公式、最佳吻合和提出的机电场耦合关系式的分析比较,从理论上研究了三者的差别.即Ruze公式未考虑反射面的系统误差,从而导致对天线结构设计和制造精度要求往往过高,而最佳吻合虽考虑了系统误差,但未考虑随机误差.机电场耦合关系式则将两种误差同时考虑进去了,并将电性能表示为...     

一种提高带状线缝隙耦合馈电增益的方法

微带贴片天线常用的馈电方式包括微带线共面直馈和缝隙耦合馈电,其中缝隙耦合馈电效率较低,利用带状 线缝隙耦合馈电,虽然可以有效的减小背向辐射,但在带状线传输过程中,会激励起轴向和传输线方向的高次模,降 低传输效率,使得耦合馈电增益偏低。本文设计了一种在带状线周围打孔的方法,来提高耦合馈电的增益,仿真结果 表明,利用这种方法可以使带状线缝隙耦合馈电微带天线单元的增益提高0.55dB—0.81dB。     

利用混合模型法计算微带天线间互耦

基于微带天线的传输线模型和空腔模型，提出了一种计算微带天线间互耦的新方法。在本方法中，首先根据腔模法原理，将微带天线等效为相距半波导波长的两个辐射缝隙；然后分别利用微带天线的传输线模型以及微带天线边缘面上的等效磁流分布求出微带天线的自阻抗和互阻抗，并进一步计算微带天线间的耦合系数。最后，利用本文方法编写Matlab程序求解矩形微带天线间的互耦，并与实验进行对比，比较结果验证了方法的高效性和可靠性。     

超大机电耦合系数声波谐振器的研究

该文研究了Pb(In1/2Nb1/2)O3 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 PbTiO3(PIN PMN PT)基片上声表面波（SAW）的传播特性。利用COMSOL软件建立SAW谐振器三维模型并进行模拟仿真。通过优化谐振器参数,设计了一种具有超大机电耦合系数（K2）的谐振器结构。结果表明,当欧拉角为（0°,-70°,0°）时,SH0模态的K2可优化到约85%,且通带内无寄生响应。