基于机电耦合的反射面天线变形预测及面板调整

Large reflector antennas are broadly used in the field of national defense and civilian. The electrical performances of antenna is closely related to its bearing structure. This project aims to the method of distortion determination from far field pattern of reflector antenna and then optimization of panel adjustment. First, the effect of panel fabrication and assembly errors on the electrical performance of antenna is analyzed, and the electromechanical coupling relationship model between the reflector shape and the far field pattern is established. Based on the coupling model, the actual antenna shape error is determinated and the adjustment of reflector panels is calculated considering to achieve the optimal electrical performance of antenna.The method can provide the basic theory and suggestion for resonable antenna structure design and efficient engineering assembly. Based on the study of this project, the designers can quantitatively understand the relationship between antenna mechanical structure factors and the electrical performance. More reasonable structure design can meet the reflector antenna performance and greatly reduce the precision requirement of the antenna structure. It is of great significance to decrease the difficulty of antenna structure design and to shorten the development cycle.

大型反射面天线系统在国防和民用领域用途广泛，天线电性能与其承载结构关系十分密切。本项目旨在研究从天线远场方向图预测反射面变形并继而进行优化调整的方法。首先分析反射面面板加工误差与安装误差对天线电性能的影响，建立联系反射面形状与远场方向图的机电耦合分析模型。在此基础上获得实际天线的形状误差，并优化调整反射面板，从而使天线电性能达到最优，为天线设计人员进行合理的结构设计和工程装配调试提供依据和建议。基于本项目的研究，设计人员能够深入、定量地认识天线机械结构因素与电性能之间的影响关系，制定合理的结构设计方案，并在保证满足反射面天线电性能指标的前提下，大大降低对天线结构的精度要求。这对降低天线结构设计难度与缩短研制周期意义重大。

项目按照计划书要求，完成了规定的研究内容，达到了考核指标要求，实现了项目研究总目标。项目首先根据反射面天线分块面板的结构特点，推导出了面板位置误差与天线口径面相位误差之间的转换矩阵，建立了面板位置误差对电性能的影响关系；其次研究了面板加工工艺方法，建立了面板加工误差与对应口面随机相位误差之间的关系，给出了天线远场平均功率方向图与加工误差方差之间的关系模型；研究了面板温度分布规律、面板热变形分布规律及其对电性能的影响，通过实测和仿真结果得出了有用的结论；以远区电场方向图为研究对象，应用物理光学法建立了表面节点位移与远区电场的线性关系，将面板调整量与远区电场用线性方程组联系起来，通过矩阵的奇异值分解法来求解线性方程组，实现由远区电场方向图反推天线反射面的面板调整量；最后针对馈源位姿误差，由远场方向图出发，反推馈源位置和指向误差，可用于指导馈源调整，从而改善天线电性能。. 项目取得的创新成果主要包括：首次建立了面板制造精度与天线电性能的影响机理模型，为反射面天线的机电耦合设计奠定了理论基础。将面板位置和远区电场用线性方程组建立联系，使反射面板快速准确调整理论上成为可能。发掘了馈源位置误差和指向误差对天线电性能的影响机理，提出了从远区电场反推最佳馈源位姿参数的方法，可用于改善电性能。项目及时推进了研究成果的转化应用。. 项目组共发表学术论文13篇，其中SCI/EI检索7/12篇。出版专著1部。申请国家发明专利5项，其中授权2项。获陕西省科技进步一等奖1项。培养博士研究生3人，硕士研究生6人。