基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法技术

本发明专利技术公开了基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法，用于解决现有分析方法无法分析非理想模型，无法在分析过程中施加制造误差、随机误差、系统误差的问题。其具体过程是：将制造误差融入到结构参数之中，进行几何造型；施加环境载荷，控制系统误差，完成结构分析，得到变形结构模型；通过模型转换，将变形结构模型转化为电磁分析模型；进行电磁分析，可得到反射面天线的电性能。通过本方法的系统分析流程，最终实现反射面天线的机电综合分析。本方法将反射面天线的制造误差、系统误差、随机误差引入到天线分析过程中，显著提高天线的分析精度和效率，可用于微波频段反射面天线、平板裂缝阵天线、滤波器的分析与设计工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，特别是涉及反射面天线机电综合分析方法，用于提高 反射面天线的分析精度与效率。
技术介绍
反射面天线是典型的机电综合电子装备产品，随着其向高频段、高增益、高可靠性 及轻量化的方向发展，其结构位移场与电磁场之间的相互作用与相互影响越来越明显，由 于两场相互关系不清而导致天线的电性能提高受到很大制约。因此，深入研究两场之间的 相互关系，实现反射面天线的机电综合分析十分必要。在应用现有专业软件的传统分析方 法中，适用的模型仅为理想状态的天线结构。而实际工程中天线结构的变形、不一致性等结 构因素难以在软件中建模、求解；实际天线结构在加工、安装过程中的制造精度、装配精度 等难以在现有软件中精确描述，或难以解决由此产生的大规模数值计算问题；实际的天线 结构在真实工作环境中的动态因素，如风荷、振动、冲击下的结构动态响应，无法在软件中 表现；基于结构分析的有限元模型，与为电磁场分析所建立的电磁模型具有很大区别，不能 直接进行相互应用。这些因素都使得反射面天线机电综合分析变得非常重要。结构分析和电磁分析的单独进行，不仅会导致分析工作的重复，计算资源的浪费， 而且也难以实现系统层面的优化。而在结构和电磁的顺序分析过程中，又存在网格不匹配 的问题。结构分析的网格往往不均勻，而电磁分析又需要均勻的网格。现有电磁分析软件 HFSS虽然具有网格自适应的功能，能够对导入模型进行自动网格划分，但是仍然疏密不均。 对一般电尺寸的对象而言问题尚不突出，对电大尺寸模型则往往因为网格太多而无法计 算。因此如何实现结构网格与电磁网格的转换，如何满足电磁模型的基本计算要求尤为重 要。现有的反射面天线机电综合分析方法均采用物理建模方式，对于复杂天线结构建模耗 时较长。图2为传统分析方法中考虑部分结构参数的天线分析子流程图，由图2可见，这些 现有的反射面天线机电综合分析方法中，部分考虑了天线面板的变形，部分考虑到随机风 荷影响下的反射面天线集成稳健设计，还有考虑由热载荷产生的热变形对反射面天线电性 能影响的研究。但是这些分析方法均未同时考虑天线实际加工中必然存在的制造误差，由 安装和调试精度决定的随机误差以及外载荷作用下产生的系统误差，致使这些分析方法仅 适用于理想模型的分析，而其分析的精度和效率也受到制约，难以提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于误差因素的反射面天 线机电综合分析方法，以实现对非理想天线模型的有效分析，提高其分析精度和分析效率。实现本专利技术目的的技术方案是，在对天线进行几何结构造型时，加入制造误差，通 过改变天线的描述精度控制制造误差；在对天线进行有限元结构分析时，施加合理的环境 载荷，通过控制载荷来控制系统误差；进行结构分析，得到变形结构模型，通过自编的模型 修改模块，在变形结构模型中施加随机误差；通过自编的模型转换模块，将变形结构模型转换为电磁分析模型，最终进行电磁计算，得到天线的电性能。具体步骤如下(1)根据天线加工的实际情况，确定天线制造误差的量值，按如下步骤将其融入到 天线的结构参数中，对天线进行几何造型(Ia)根据天线的具体形式以及电性能指标要求，提取天线的主要结构参数；(Ib)将结构参数按照相应的格式，写成可编辑的文件格式；(Ic)利用现有的三维造型软件，读取天线结构参数的文本文件，得到天线的三维 模型；(Id)根据天线加工的实际情况，确定天线模型的描述精度，通过改变描述精度来 仿真天线制造精度的改变；如制造误差只在局部存在，通过输入位置坐标，确定制造误差施 加的范围。(2)针对天线的几何造型，建立天线的结构模型；(3)根据天线的实际工作情况，确定环境载荷的量值，将环境载荷的量值施加到天 线结构模型中，得到确定系统误差的天线变形结构网格(4)根据天线变形结构网格，构建天线的变形结构模型；(5)根据天线的实际工作环境，确定随机误差的量值，并将随机误差的量值施加到 天线的变形结构模型中(6)将天线的变形结构模型转换为天线电磁分析模型(6a)由天线的结构分析模型中的体单元提取出天线的表面单元；(6b)对天线的表面单元进行修正，得到合理的表面模型；(6c)对天线的表面模型网格进行重新划分，构建电磁分析网格；(6d)根据电磁分析网格，构建天线电磁分析模型；(7)根据天线电磁分析模型，应用电磁分析软件HFSSl 1. 0，计算天线的电性能参 数，如果满足天线电性能计算精度要求，完成计算，反之，重复步骤(1)至步骤(6)，直到满 足要求为止。本专利技术与现有技术相比具有如下优点1)本专利技术由于采用参数化建模的方法，可以通过参数化、可编辑的文件格式，快速 建立相关对象的三维模型，在保证分析精度的同时，建模效率得到数十倍的提高。2)本专利技术通过对分析对象施加制造误差，使得非理想模型能够进行分析，扩大了 反射面天线分析的范围。3)本专利技术根据实际工作环境对分析对象的环境载荷进行控制，使得天线结构分析 精度大幅度提高。4)本专利技术由于将变形结构模型直接转换为电磁分析模型，将结构分析与电磁分析 组合成有机的整体，可以有效解决天线分析过程中，结构分析与电磁分析脱节的问题，显著 提高天线分析计算的精度与效率。仿真结果表明本专利技术不仅可有效解决天线结构分析与电磁分析之间的脱节，以 及制造误差、随机误差、系统误差在分析过程中不能引入，以致非理想模型不能分析的问 题，而且能够显著提高天线分析计算的精度与效率。附图说明图1是本专利技术的总流程图；图2是传统分析方法中考虑部分结构参数的天线分析子流程图；图3是本专利技术进行天线结构模型到电磁分析模型转换的子流程图；图4是本专利技术对天线结构模型的表面模型网格进行细化的子流程图；图5是本专利技术仿真采用的60米口径可展开天线的几何模型图；图6是本专利技术构建的天线结构模型在无重力载荷作用下的变形云图；图7是本专利技术构建的天线结构模型在全重力载荷作用下的变形云图；图8是本专利技术构建的天线结构模型在1/10重力载荷作用下的变形云图；图9是本专利技术构建的天线变形结构模型的结构网格图；图10是本专利技术构建的天线变形结构模型的电磁分析网格图；图11是对本专利技术构建的天线电磁分析模型在无重力载荷作用下进行仿真得到的 远场方向图；图12是对本专利技术构建的天线电磁分析模型在1/10重力载荷作用下进行仿真得到 的远场方向图；图13是对本专利技术构建的天线电磁分析模型施加10%随机误差之后进行仿真得到 的远场方向图；图14是对本专利技术构建的天线电磁分析模型施加5%随机误差之后进行仿真得到 的远场方向图。具体实施例方式参照图1，本专利技术的具体实施步骤如下步骤一，反射面天线的参数化建模。(Ia)将60米口径反射面天线的口径、环、肋等分数、焦径比、以及环杆，肋杆，支 柱，充气环和网面索的相关参数作为其理论设计结构参数；(Ib)根据天线的制造工艺确定天线的描述精度，通过改变天线的描述精度来仿真 天线制造误差的改变，当天线的制造误差只在局部存在时，通过输入描述精度的位置坐标， 确定制造误差施加的范围；(Ic)用包含制造误差的结构参数替代理论设计的结构参数，并保存成可编辑的 txt格式文件，再使用现有的三维造型软件读入该txt格式文件，自动生成如图5所示的 VRML格式的反射面天线几何模型。步骤二，根据反射面天线的几何模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法，包括如下步骤：（１）根据天线加工的实际情况，确定天线制造误差的量值，按如下步骤将其融入到天线的结构参数中，对天线进行几何造型：（１ａ）根据天线的具体形式以及电性能指标要求，提取天线的主要结构参数；（１ｂ）将结构参数按照相应的格式，写成可编辑的文件格式；（１ｃ）利用现有的三维造型软件，读取天线结构参数的文本文件，得到天线的三维模型；（１ｄ）根据天线加工的实际情况，确定天线模型的描述精度，通过改变描述精度来仿真天线制造精度的改变；如制造误差只在局部存在，通过输入位置坐标，确定制造误差施加的范围。（２）根据天线的几何造型，建立天线的结构模型；（３）根据天线的实际工作情况，确定环境载荷的量值，将环境载荷的量值施加到天线结构模型中，得到确定系统误差的天线变形结构网格：（４）根据天线变形结构网格，构建天线的变形结构模型；（５）根据天线的实际工作环境，确定随机误差的量值，并将随机误差的量值施加到天线的变形结构模型中：（６）将天线的变形结构模型转换为天线电磁分析模型：（６ａ）由天线结构分析模型，得到天线结构模型的体单元；（６ｂ）由天线结构模型的体单元提取出天线表面单元；（６ｃ）对天线表面模型进行修正；（６ｄ）重新进行网格划分，构建符合电磁分析要求的新网格；（６ｅ）根据电磁分析网格，构建天线电磁分析模型；（７）根据天线电磁分析模型，设置边界条件，激励，划分网格，计算天线的电性能参数，如果满足天线电性能计算精度要求，完成计算，反之，重复步骤（１）至步骤（６），直到满足要求为止。...

【技术特征摘要】
1.一种基于误差因素的反射面天线机电综合分析方法，包括如下步骤(1)根据天线加工的实际情况，确定天线制造误差的量值，按如下步骤将其融入到天线 的结构参数中，对天线进行几何造型(Ia)根据天线的具体形式以及电性能指标要求，提取天线的主要结构参数；(Ib)将结构参数按照相应的格式，写成可编辑的文件格式；(Ic)利用现有的三维造型软件，读取天线结构参数的文本文件，得到天线的三维模型；(Id)根据天线加工的实际情况，确定天线模型的描述精度，通过改变描述精度来仿真 天线制造精度的改变；如制造误差只在局部存在，通过输入位置坐标，确定制造误差施加的 范围。(2)根据天线的几何造型，建立天线的结构模型；(3)根据天线的实际工作情况，确定环境载荷的量值，将环境载荷的量值施加到天线结 构模型中，得到确定系统误差的天线变形结构网格(4)根据天线变形结构网格，构建天线的变形结构模型；(5)根据天线的实际工作环境，确定随机误差的量值，并将随机误差的量值施加到天线 的变形结构模型中(6)将天线的变形结构模型转换为天线电磁分析模型(6a)由天线结构分析模型，得到天线结构模型的体单元；(6b)由天线结构模型的体单元提取出天线表面单元；(6c)对天线表面模型进行修正；(6d)重新进行网格划分，构建符合电磁分析要求的新网格；(6e)根据电磁分析网格，构建天线电磁分析模型；(7)根据天线电磁分析模型，设置边界条件，激励，划分网格，计算天线的电性能参数， 如果满足天线电性能计算精度要求，完成计算，反之，重复步骤(1)至步骤(6)，直到满足要 求为止。2.根据权利要求1所述的反射面天线机电综合分析方法，其中步骤C3)所述的将环境 载荷的量值施加到天线结构模型中，按如下步骤进行(3a)通过有限元分析软件，读入步骤(2)建立的天线结构模型；(3b)根据天线的实际工作环境，在既不破坏模型，又足以产生明显的变形以验证机电 综合设计的正确性的前提下，设计多种载荷和控制的量值与施加位置，分别进行变形仿真 试验；(3c)如果步骤(3b)所做试验的变形结果满足设定的变形要求，则确定该载荷和控制 的量值与施加位置；反之，改变载荷和控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞，李娜，段宝岩，陈梅，李鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[]