星載網(wǎng)狀反射面天線隨機結構因素對電性能影響分析與優(yōu)化設計.pdf

1、本文以星載網(wǎng)狀反射面天線為對象，分析了天線表面網(wǎng)格的幾何逼近誤差對天線電性能以及部分制造誤差對天線結構性能的影響，并對反射面網(wǎng)格設計、索網(wǎng)張力與放樣設計以及考慮索長和索網(wǎng)邊界支撐點位置隨機性的索網(wǎng)結構設計等方面進行了深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴星載網(wǎng)狀天線反射面網(wǎng)格具有周期性的幾何逼近誤差，會導致天線遠場輻射方向圖產(chǎn)生柵瓣。本文針對該問題，在初始設計中，提出了通過減弱幾何逼近誤差的周期性來改善柵瓣電平的方法。首先，分析了

2、反射面網(wǎng)格幾何逼近誤差的周期性及其對口徑面相位誤差的影響；其次，提出了三種減弱反射面網(wǎng)格幾何逼近誤差周期性的方法，一是在徑向引入擾動因子，二是改變表面網(wǎng)格環(huán)向輪廓的形狀，三是采用類似Penrose拼圖的表面網(wǎng)格形式；最后，建立優(yōu)化模型，可實現(xiàn)在不降低天線增益，且不明顯增加索網(wǎng)結構索單元總數(shù)的基礎上，具有較低柵瓣電平的反射面網(wǎng)格形式。⑵為保證滿足電性能要求的反射面網(wǎng)格可由只能承受拉力的索網(wǎng)結構張拉成形，提出了同時考慮天線電性能和索網(wǎng)張力分

3、布的反射面網(wǎng)格綜合設計方法。該方法以上述三種減弱幾何逼近誤差周期性的網(wǎng)格設計方法為基礎，給出了每種網(wǎng)格對應的整體索網(wǎng)結構的拓撲連接形式，并與天線形態(tài)分析相結合，以獲得同時具有較合理的電性能和張力分布的網(wǎng)狀天線。⑶網(wǎng)狀反射面天線結構是索網(wǎng)-桁架組合結構，索網(wǎng)和桁架結構的位移和受力情況是相互影響的，設計好的索張力會在索網(wǎng)柔性支撐結構的影響下重新分配，從而導致反射面精度下降。為此，本文提出了以索放樣長度為設計變量，反射面精度為目標函數(shù)，材料強

4、度和索不虛牽為約束函數(shù)的非線性規(guī)劃問題，進而將其轉(zhuǎn)化為一個序列二次規(guī)劃問題予以求解，并將該方法集成到了本單位研制的星載天線多學科綜合設計平臺的形態(tài)設計模塊中。使用者可通過輸入網(wǎng)狀天線的基本參數(shù)，快速建立其有限元模型，進而采用自主研發(fā)的算法對網(wǎng)狀天線進行形態(tài)設計，用于指導天線的實際研制。⑷網(wǎng)狀反射面天線的形面精度除與其幾何逼近誤差相關外，還取決于其制造精度。由于反射面是靠索網(wǎng)結構張拉成形的，索段的放樣誤差以及索網(wǎng)結構邊界支撐點的位置誤差都

5、會對索網(wǎng)形面精度和張力產(chǎn)生重要影響。為挖掘結構因素對天線性能的影響機理，本文導出了形面精度和索網(wǎng)張力對這些隨機因素的解析靈敏度，從而可給出影響天線性能的敏感因素，進而為天線優(yōu)化設計和索網(wǎng)結構的加工、裝配工作提供參考和指導信息。⑸為降低隨機因素對天線形面精度和索張力的影響，本文在靈敏度分析的基礎上，導出了形面精度和索張力與隨機因素之間的關系，并建立了基于最壞情況的天線索網(wǎng)結構穩(wěn)健優(yōu)化設計數(shù)學模型，通過設計索放樣長度和邊界支撐點位置誤差的容