基于误差分析的共形承载天线结构功能性设计方法

The Conformal Load Antenna Structure（CLAS) is the preferred antenna from used in next generation strategic equipments and platforms, due to the simultaneous realization of the structural loading and the electromagnetic signal transceiver. Because the antenna structure of the loading, electromagnetic and radiating are highly integrated, the simultaneous realization of the loading, electromagnetic and radiating functional requirement, and the strong vibration and the large temperature difference in the service condition, the structural error of the antenna becomes the main bottleneck to its performance improvement. This project will discuss the modeling of the structural error and the influence mechanism to the antenna performance. It is aiming at providing the theoretical foundation and technical support to the effective control of the structural error and new design scheme. The specific research contents are as following: The project is the first to propose the multi-physics field, multi-level, multi-scale, multi-dimension modeling method. Based on the key coupling factor of the shape and performance, the effect formulas of the structural errors on the antenna performances are deduced, and then the electro-thermal multi-field coupling model of the non-ideal composite electronic equipments is obtained. Finally, the error distribution form is inversed, and the functional design method is concise. The research is undertaken to present and realize the functional design of the CLAS, and provides the theoretical foundation and technical support for the antenna entire design. This work has an important theory and practice significances to the antenna optimal designing, properties improving and machining cost reducing. More importantly, the research methods will provide a new way to study the error influence mechanism of other composite electronic equipments.

共形承载天线结构（CLAS）兼具结构承载与电磁信号收发功能，是下一代战略装备与平台的首选天线结构形式。因其结构、电磁与散热三部分高度融合的结构形式、同时实现机、电、热三场功能需求的技术特征以及强振动、高温差的服役环境，导致结构误差成为制约其性能提高的主要瓶颈。本项目以共形承载天线结构误差为研究对象，对结构误差的建模及影响机理问题进行基础科学研究，旨在为有效控制结构误差、提出新型天线设计方法提供理论指导与方法支持。具体内容：提出多物理场、多层次、多尺度、多维度误差建模方法；通过形性关键耦合因素，建立误差对天线性能的影响关系公式，提出非理想复合材料电子装备机电热多场耦合模型；通过对结构误差分布进行反演建模，实现天线面向三场性能全优的功能性设计。本项目的实施对实现天线优化设计，提高其性能指标、降低制造难度具有重要理论与工程价值，同时也将为其他复合材料多功能电子装备结构误差问题的研究提供思路借鉴。

共形承载天线结构（CLAS）兼具结构承载与电磁信号收发功能，是下一代战略装备与平台的首选天线结构形式。因其结构、电磁与散热三部分高度融合的结构形式、同时实现机、电、热三场功能需求的技术特征以及强振动、高温差的服役环境，导致结构误差成为制约其性能提高的主要瓶颈。本项目以共形承载天线为具体研究对象，对其结构误差的建模及影响机理问题进行了基础科学研究，为有效控制结构误差、提出新型天线设计方法提供了理论指导与具体方法支持。已经完成的具体工作如下：（1）提出了多物理场、多层次、多尺度、多维度误差建模方法；（2）通过形性建立误差对天线性能的影响关系公式，提出了非理想复合材料电子装备机电热多场耦合模型；（3）通过对结构误差分布进行反演建模，实现了共形承载天线面向三场性能全优的功能性设计。基于上述理论研究成果，设计并制备了两款典型共形承载天线样件，一为可实现多波束的柔性共形承载天线，一为用于脑部肿瘤监测的可穿戴式共形承载天线，并分别进行了相关测试工作，测试结果显示该天线样件具有与载体高度融合的基础上，同时具有优异的辐射性能。后续将面向变形机翼、智能蒙皮与可穿戴设备三个方向，进一步开展共形承载天线服役环境对于性能影响机理研究，与辐射性能实时监测与补偿工作的研究，进一步提高该新型天线的工程可应用性。本项目的完成对实现共形承载天线的基础理论完善，结构优化设计，提高其性能指标、降低其制造成本具有重要理论的意义与工程价值，同时也将为其他复合材料多功能电子装备结构的研制提供思路借鉴。