星載網(wǎng)狀反射面天線隨機(jī)結(jié)構(gòu)因素對電性能影響分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).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(jié)構(gòu)性能的影響，并對反射面網(wǎng)格設(shè)計(jì)、索網(wǎng)張力與放樣設(shè)計(jì)以及考慮索長和索網(wǎng)邊界支撐點(diǎn)位置隨機(jī)性的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)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(dǎo)致天線遠(yuǎn)場輻射方向圖產(chǎn)生柵瓣。本文針對該問題，在初始設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在不降低天線增益，且不明顯增加索網(wǎng)結(jié)構(gòu)索單元總數(shù)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)張拉成形，提出了同時(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，給出了每種網(wǎng)格對應(yīng)的整體索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)溥B接形式，并與天線形態(tài)分析相結(jié)合，以獲得同時(shí)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(jié)構(gòu)是索網(wǎng)-桁架組合結(jié)構(gòu)，索網(wǎng)和桁架結(jié)構(gòu)的位移和受力情況是相互影響的，設(shè)計(jì)好的索張力會在索網(wǎng)柔性支撐結(jié)構(gòu)的影響下重新分配，從而導(dǎo)致反射面精度下降。為此，本文提出了以索放樣長度為設(shè)計(jì)變量，反射面精度為目標(biāo)函數(shù)，材料強(qiáng)

4、度和索不虛牽為約束函數(shù)的非線性規(guī)劃問題，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)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(xué)科綜合設(shè)計(jì)平臺的形態(tài)設(shè)計(jì)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(jìn)而采用自主研發(fā)的算法對網(wǎng)狀天線進(jìn)行形態(tài)設(shè)計(jì)，用于指導(dǎo)天線的實(shí)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(guān)外，還取決于其制造精度。由于反射面是靠索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張拉成形的，索段的放樣誤差以及索網(wǎng)結(jié)構(gòu)邊界支撐點(diǎn)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(jié)構(gòu)因素對天線性能的影響機(jī)理，本文導(dǎo)出了形面精度和索網(wǎng)張力對這些隨機(jī)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(jìn)而為天線優(yōu)化設(shè)計(jì)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的加工、裝配工作提供參考和指導(dǎo)信息。⑸為降低隨機(jī)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(chǔ)上，導(dǎo)出了形面精度和索張力與隨機(jī)因素之間的關(guān)系，并建立了基于最壞情況的天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，通過設(shè)計(jì)索放樣長度和邊界支撐點(diǎn)位置誤差的容