本發(fā)明屬于雷達天線
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及雷達天線領(lǐng)域中的一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：由天線肋、金屬反射絲網(wǎng)、張力索網(wǎng)等組成的傘狀天線是星載天線結(jié)構(gòu)的一種。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、低成本的優(yōu)點，傘狀天線在航天應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。傘狀天線在軌過程中受到空間載荷的影響，將產(chǎn)生天線結(jié)構(gòu)變形，進而影響天線電性能的實現(xiàn)。因此，針對傘狀天線在軌電性能惡化的問題，需要進行機電集成優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)傘狀天線電性能最優(yōu)。由于傘狀天線所受空間載荷的多樣性，天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形形式是復(fù)雜多樣的，難以用較為解析的表達式進行描述，加上天線結(jié)構(gòu)節(jié)點自由度眾多，直接采用物理光學(xué)法進行計算將帶來運算時間長的問題，影響傘狀天線結(jié)構(gòu)的機電集成優(yōu)化設(shè)計。因此需要針對傘狀天線結(jié)構(gòu)特點，提出一種快速實現(xiàn)天線電性能計算的方法，在保證計算精度的前提下，減少計算時間，進而提高傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計效率。張樹新等人在中國專利“基于單元形函數(shù)的反射面天線機電集成設(shè)計方法”(專利號：201410360160.7)中公開了一種基于單元形函數(shù)的反射面天線機電集成設(shè)計方法。雖然該方法從通用的角度，提出了一種基于單元形函數(shù)的天線電性能快速計算方法，但對于采用曲面面片拼合而成的傘狀天線而言，該方法需要進行一定的改進，尤其是考慮傘狀天線面片拼合帶來的特殊的結(jié)構(gòu)特點。n.chahat,r.e.hodges,j.sauder,m.thomson,e.peral,y.rahmat-samii等人在文獻“cubesatdeployableka-bandmeshreflectorantennadevelopmentforearthsciencemissions”(ieeetrans.antennasandpropagation,2016年第64卷第6期，2083-2093)公開了一種工作在ka頻段的立方星傘狀可展開天線，并對傘狀天線面片拼合特性進行了分析，指出了結(jié)構(gòu)參數(shù)對電性能的影響。然而，其并沒有針對傘狀天線電性能快速計算給出一定的設(shè)計方法。因此，針對傘狀天線面片拼合而成的這一獨特結(jié)構(gòu)特點，本發(fā)明在保證計算精度的前提下，考慮面片拼合的結(jié)構(gòu)特點，提出一種最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能快速計算方法，并以此指導(dǎo)傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計方法。該方法基于二階近似計算公式，考慮傘狀天線采用曲面面片拼合而成，相鄰肋之間的曲面為拋物柱面的結(jié)構(gòu)特性，提出了最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能快速計算方法，并以此指導(dǎo)傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計。本發(fā)明的技術(shù)方案是：最優(yōu)焦距下傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：(1)輸入傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)輸入用戶提供的傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)；其中幾何參數(shù)包括口徑、焦距、偏置距離和肋數(shù)；材料參數(shù)包括索結(jié)構(gòu)、背架肋結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的尺寸、材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比和天線載荷參數(shù)；電參數(shù)包括工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖以及包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求；(2)計算傘狀天線最優(yōu)焦距根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)，按照下式計算傘狀天線最優(yōu)焦距：其中，fs表示傘狀天線最優(yōu)焦距，下標s表示區(qū)別于理想天線的傘狀天線，f表示用戶輸入的傘狀天線幾何參數(shù)中的焦距，π表示圓周率，n表示肋數(shù)；(3)計算最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場根據(jù)傘狀天線幾何參數(shù)中的口徑、焦距、偏置高度，電參數(shù)中的工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖，將饋源平移至最優(yōu)焦距位置處，采用物理光學(xué)法計算最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場；(4)根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)與電參數(shù)計算天線肋的分段數(shù)；(5)根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)與肋的分段數(shù)，計算肋上點的坐標；(6)計算相鄰肋間點的坐標根據(jù)相鄰肋構(gòu)成拋物柱面的特性，結(jié)合肋上點坐標計算相鄰肋間點的坐標；根據(jù)傘狀天線圓形口徑的閉合特性，計算第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點的坐標；(7)生成傘狀天線所有節(jié)點坐標將計算得到的肋上點坐標、相鄰肋間點的坐標與原點坐標合并在一起，并按照傘狀天線最優(yōu)焦距位置，將傘狀天線沿z方向整體平移至最優(yōu)焦距對應(yīng)的位置，按照下式得到最優(yōu)焦距下傘狀天線所有節(jié)點坐標：x′p＝xpy′p＝y(tǒng)pz′p＝zp-fs其中，xp、yp、zp分別表示平移之前傘狀天線第p個節(jié)點x向、y向、z向坐標，下標p表示節(jié)點在所有節(jié)點中的編號，x′p、y′p、z′p分別表示平移之后，位于最優(yōu)焦距下的傘狀天線第p個節(jié)點x向、y向、z向坐標，fs為傘狀天線最優(yōu)焦距，下標s表示區(qū)別于理想天線的傘狀天線；(8)建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及最優(yōu)焦距下傘狀天線所有節(jié)點坐標，建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型，其中索結(jié)構(gòu)采用只受拉的桿單元進行建模，背架肋結(jié)構(gòu)采用梁單元進行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進行建模；(9)生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣；(10)求解最優(yōu)焦距下的結(jié)構(gòu)有限元模型針對已建立的傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型，添加結(jié)構(gòu)位移、自由度約束或者邊界條件；根據(jù)傘狀天線的載荷參數(shù)，在結(jié)構(gòu)有限元模型上施加工作載荷；在此基礎(chǔ)上，利用有限元軟件對結(jié)構(gòu)有限元模型進行求解，獲得節(jié)點位移、單元應(yīng)力；(11)近似計算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量結(jié)合結(jié)構(gòu)有限元模型生成的節(jié)點位移、最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣，通過下式近似計算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量：其中，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，r表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，h1表示總體電性能一階，h2表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，δz表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點軸向位移列向量，δz2表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點軸向位移乘積列向量；(12)計算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場；(13)判斷電性能是否滿足要求判斷最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求，如果滿足要求則轉(zhuǎn)至步驟(14)，否則轉(zhuǎn)至步驟(15)；(14)輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計方案當最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；(15)更新天線參數(shù)當最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場不滿足天線電性能要求時，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟(1)。步驟(3)中所述的物理光學(xué)法是一種基于面電流分布的高頻近似方法，計算公式如下：其中，表示遠區(qū)電場，表示遠場觀察點位置矢量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，r表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，σ表示反射曲面，表示反射面上位置矢量處的面電流密度，表示反射面位置矢量，表示遠場觀察點的單位矢量，σ表示投影口面，表示單位法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場。步驟(4)中所述的天線肋的分段數(shù)按照下式進行選擇計算：其中，λ為工作波長，d為傘狀天線口徑，m為需要確定的天線肋的分段數(shù)，m取滿足上式條件的整數(shù)。步驟(5)中按照下式計算肋上點的坐標：其中，xi,j、yi,j、zi,j分別為肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標i表示肋編號，下標j表示所在肋上點編號，d表示傘狀天線口徑，m表示天線肋的分段數(shù)，π表示圓周率，n表示肋數(shù)，f表示用戶輸入的傘狀天線幾何參數(shù)中的焦距，肋編號i的取值范圍為從1到n，肋上點編號j的取值范圍為從1到m。步驟(6)具體包括如下步驟：6a)根據(jù)相鄰肋構(gòu)成拋物柱面的特性，結(jié)合肋上點坐標按照下式計算相鄰肋間點的坐標：其中，xi,j,k、yi,j,k、zi,j,k分別為相鄰肋間點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標i表示肋編號，下標j表示所在肋上點編號，下標k表示相鄰肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號，肋編號i的取值范圍為從1到n-1，肋上點編號j的取值范圍為從2到m，相鄰肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號k的取值范圍為從1到j(luò)-1，xi,j、yi,j、zi,j分別表示第i根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，xi+1,j、yi+1,j、zi+1,j分別表示與第i根肋相鄰的第i+1根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標；6b)根據(jù)傘狀天線圓形口徑的閉合特性，按照下式計算第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點的坐標：其中，xn,j,k、yn,j,k、zn,j,k分別為第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標n表示第n根肋編號，下標j表示第n根肋上點編號，下標k表示第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號，肋上點編號j的取值范圍為從2到m，第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號k的取值范圍為從1到j(luò)-1，xn,j、yn,j、zn,j分別表示第n根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，x1,j、y1,j、z1,j分別表示第1根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標。步驟(9)中，根據(jù)最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型、生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣，具體包括如下步驟：9a)提取節(jié)點、單元與形函數(shù)信息以建立的結(jié)構(gòu)有限元模型為基礎(chǔ)，提取有限元模型中處于電磁波照射下的傘狀天線反射面部分的節(jié)點、單元和形函數(shù)信息；9b)計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣通過下式計算單元電性能一階系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的某一單元，下標i表示位于單元e上的節(jié)點編號，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣的第i個分量，符號∈表示從屬關(guān)系，num表示單元e上的節(jié)點總數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，表示遠場觀察點的單位矢量，qi表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第i個節(jié)點的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標系下的俯仰角，下標s表示饋源坐標系，θ表示遠場觀察點俯仰角，σe表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；通過下式計算單元電性能二階系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的某一單元，u和v分別表示位于單元e上的節(jié)點編號，表示由節(jié)點u和v構(gòu)成的單元e的電性能二階系數(shù)矩陣分量，符號∈表示從屬關(guān)系，num表示單元e上的節(jié)點總數(shù)，k表示自由空間波數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，j表示虛數(shù)單位，表示遠場觀察點的單位矢量，qu表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第u個節(jié)點的形函數(shù)，qv表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第v個節(jié)點的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標系下的俯仰角，下標s表示饋源坐標系，θ表示遠場觀察點俯仰角，σe表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；9c)生成總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣通過下式組集運算，分別生成總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣：其中，g表示總體電性能一階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型提取的某一單元，m表示單元總數(shù)，a表示有限元組集運算，h表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣。步驟(12)中，疊加最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場與傘狀天線遠區(qū)電場變化量，通過下式獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場：其中，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場，表示最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明首先輸入天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)信息，計算傘狀天線最優(yōu)焦距與最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，與此同時，根據(jù)參數(shù)信息計算天線肋的分段數(shù)，計算肋上點坐標與相鄰肋間點坐標，并在最優(yōu)焦距下生成傘狀天線所有節(jié)點坐標；其次，結(jié)合幾何參數(shù)、材料參數(shù)信息與所有節(jié)點坐標，建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型；再次，分別生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣，并求解最優(yōu)焦距下的結(jié)構(gòu)有限元模型，通過近似計算獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量；最后，結(jié)合最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場，以此進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1.本發(fā)明從傘狀天線采用曲面面片拼合而成、相鄰肋間為拋物柱面的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，首先計算傘狀天線最優(yōu)焦距，并進行最優(yōu)焦距下的電性能分析與計算，避免了由于拋物柱面散焦而帶來的電性能損失；2.本發(fā)明基于二階近似計算公式獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能，可以在保證計算精度的前提下，減少計算時間，從而提高計算效率。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為傘狀天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為傘狀天線投影示意圖；圖4為傘狀天線電性能計算結(jié)果圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明具體實施方式作進一步的詳細描述：本發(fā)明提供了一種最優(yōu)焦距下傘狀天線機電集成優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：步驟1，輸入用戶提供的傘狀天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)；其中幾何參數(shù)包括口徑、焦距、偏置距離和肋數(shù)；材料參數(shù)包括索結(jié)構(gòu)、背架肋結(jié)構(gòu)和金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的尺寸、材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比和天線載荷參數(shù)；電參數(shù)包括工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖以及包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求；步驟2，根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)，按照下式計算傘狀天線最優(yōu)焦距：其中，fs表示傘狀天線最優(yōu)焦距，下標s表示區(qū)別于理想天線的傘狀天線，f表示用戶輸入的傘狀天線幾何參數(shù)中的焦距，π表示圓周率，n表示肋數(shù)；步驟3，計算最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場根據(jù)傘狀天線幾何參數(shù)中的口徑、焦距、偏置高度，電參數(shù)中的工作波長、饋源參數(shù)、饋源初級方向圖，將饋源平移至最優(yōu)焦距位置處，采用下式物理光學(xué)法計算最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場：其中，表示遠區(qū)電場，表示遠場觀察點位置矢量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，r表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，σ表示反射曲面，表示反射面上位置矢量處的面電流密度，表示反射面位置矢量，表示遠場觀察點的單位矢量，σ表示投影口面，表示單位法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場；步驟4，根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)與電參數(shù)計算天線肋的分段數(shù)，其中分段數(shù)按照下式進行選擇計算：其中，λ為工作波長，d為傘狀天線口徑，m為需要確定的天線肋的分段數(shù)，m取滿足上式條件的整數(shù)；步驟5，根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)與肋的分段數(shù)，按照下式計算肋上點的坐標：其中，xi,j、yi,j、zi,j分別為肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標i表示肋編號，下標j表示所在肋上點編號，d表示傘狀天線口徑，m表示天線肋的分段數(shù)，π表示圓周率，n表示肋數(shù)，f表示用戶輸入的傘狀天線幾何參數(shù)中的焦距，肋編號i的取值范圍為從1到n，肋上點編號j的取值范圍為從1到m；步驟6，計算相鄰肋間點的坐標6a)根據(jù)相鄰肋構(gòu)成拋物柱面的特性，結(jié)合肋上點坐標按照下式計算相鄰肋間點的坐標：其中，xi,j,k、yi,j,k、zi,j,k分別為相鄰肋間點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標i表示肋編號，下標j表示所在肋上點編號，下標k表示相鄰肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號，肋編號i的取值范圍為從1到n-1，肋上點編號j的取值范圍為從2到m，相鄰肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號k的取值范圍為從1到j(luò)-1，xi,j、yi,j、zi,j分別表示第i根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，xi+1,j、yi+1,j、zi+1,j分別表示與第i根肋相鄰的第i+1根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標；6b)根據(jù)傘狀天線圓形口徑的閉合特性，按照下式計算第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點的坐標：其中，xn,j,k、yn,j,k、zn,j,k分別為第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，下標n表示第n根肋編號，下標j表示第n根肋上點編號，下標k表示第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號，肋上點編號j的取值范圍為從2到m，第n根肋與第1根肋構(gòu)成的肋間點在對應(yīng)肋上點之間的編號k的取值范圍為從1到j(luò)-1，xn，j、yn,j、zn,j分別表示第n根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標，x1,j、y1,j、z1,j分別表示第1根肋上第j個肋上點的x向坐標、y向坐標與z向坐標；步驟7，將計算得到的肋上點坐標、相鄰肋間點的坐標與原點坐標合并在一起，并按照傘狀天線最優(yōu)焦距位置，將傘狀天線沿z方向整體平移至最優(yōu)焦距對應(yīng)的位置，按照下式得到最優(yōu)焦距下傘狀天線所有節(jié)點坐標：x′p＝xpy′p＝y(tǒng)pz′p＝zp-fs其中，xp、yp、zp分別表示平移之前傘狀天線第p個節(jié)點x向、y向、z向坐標，下標p表示節(jié)點在所有節(jié)點中的編號，x′p、y′p、z′p分別表示平移之后，位于最優(yōu)焦距下的傘狀天線第p個節(jié)點x向、y向、z向坐標，fs為傘狀天線最優(yōu)焦距，下標s表示區(qū)別于理想天線的傘狀天線；步驟8，根據(jù)用戶提供的天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及最優(yōu)焦距下傘狀天線所有節(jié)點坐標，建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型，其中索結(jié)構(gòu)采用只受拉的桿單元進行建模，背架肋結(jié)構(gòu)采用梁單元進行建模，金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用殼單元進行建模；步驟9，根據(jù)最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型、生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣；9a)提取節(jié)點、單元與形函數(shù)信息以建立的結(jié)構(gòu)有限元模型為基礎(chǔ)，提取有限元模型中處于電磁波照射下的傘狀天線反射面部分的節(jié)點、單元和形函數(shù)信息；9b)計算單元電性能一階、二階系數(shù)矩陣通過下式計算單元電性能一階系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的某一單元，下標i表示位于單元e上的節(jié)點編號，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣的第i個分量，符號∈表示從屬關(guān)系，num表示單元e上的節(jié)點總數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，表示遠場觀察點的單位矢量，qi表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第i個節(jié)點的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標系下的俯仰角，下標s表示饋源坐標系，θ表示遠場觀察點俯仰角，σe表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；通過下式計算單元電性能二階系數(shù)矩陣：其中，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的某一單元，u和v分別表示位于單元e上的節(jié)點編號，表示由節(jié)點u和v構(gòu)成的單元e的電性能二階系數(shù)矩陣分量，符號∈表示從屬關(guān)系，num表示單元e上的節(jié)點總數(shù)，k表示自由空間波數(shù)，表示單元e的法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場，表示反射面位置矢量，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，j表示虛數(shù)單位，表示遠場觀察點的單位矢量，qu表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第u個節(jié)點的形函數(shù)，qv表示從結(jié)構(gòu)有限元模型中提取的相對于第v個節(jié)點的形函數(shù)，θs表示位置矢量在饋源坐標系下的俯仰角，下標s表示饋源坐標系，θ表示遠場觀察點俯仰角，σe表示單元e在口徑面內(nèi)的投影面積；9c)生成總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣通過下式組集運算，分別生成總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣：其中，g表示總體電性能一階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能一階系數(shù)矩陣，上標e表示從結(jié)構(gòu)有限元模型提取的某一單元，m表示單元總數(shù)，a表示有限元組集運算，h表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，表示單元e的電性能二階系數(shù)矩陣；步驟10，針對已建立的傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型，添加結(jié)構(gòu)位移、自由度約束或者邊界條件；根據(jù)傘狀天線的載荷參數(shù)，在結(jié)構(gòu)有限元模型上施加工作載荷；在此基礎(chǔ)上，利用有限元軟件對結(jié)構(gòu)有限元模型進行求解，獲得節(jié)點位移、單元應(yīng)力；步驟11，結(jié)合結(jié)構(gòu)有限元模型生成的節(jié)點位移、最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣，通過下式近似計算最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量：其中，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量，j表示虛數(shù)單位，k表示自由空間波數(shù)，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數(shù)的指數(shù)運算，r表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，h1表示總體電性能一階，h2表示總體電性能二階系數(shù)矩陣，δz表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點軸向位移列向量，δz2表示求解結(jié)構(gòu)有限元模型后得到的節(jié)點軸向位移乘積列向量；步驟12，疊加最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場與傘狀天線遠區(qū)電場變化量，通過下式獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場：其中，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場，表示最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，表示最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量；步驟13，判斷最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內(nèi)的電性能要求，如果滿足要求則轉(zhuǎn)至步驟14，否則轉(zhuǎn)至步驟15；步驟14，當最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；步驟15，當最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場不滿足天線電性能要求時，更新天線參數(shù)，轉(zhuǎn)至步驟1。本發(fā)明的優(yōu)點可通過以下仿真實驗進一步說明：1.仿真條件：傘狀天線口徑0.5m，焦距0.25m，偏置距離0，肋數(shù)為30，工作頻率35.75ghz，工作波長為8.392mm，饋源采用cosine-q類型饋源，極化方式為線極化，饋源參數(shù)為qx＝qy＝2.2538，傘狀天線結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，傘狀天線投影示意圖如圖3所示。采用本發(fā)明方法計算處于面片拼合狀態(tài)下的傘狀天線電性能。2.仿真結(jié)果：采用本發(fā)明的方法進行傘狀天線處于面片拼合狀態(tài)下的電性能，并與傳統(tǒng)方法進行比較。圖4為采用傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法得到的傘狀天線遠場方向圖。表1為兩種方法計算的天線主軸方向系數(shù)、副瓣電平、半功率波瓣寬度的對比結(jié)果。從圖4與表1可以看出，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)計算方法相比，主軸方向系數(shù)僅僅相差0.0278db。證明了本發(fā)明方法的有效性。表1本方法與傳統(tǒng)方法比較表主軸方向系數(shù)副瓣電平半功率波瓣寬度傳統(tǒng)方法44.46db-26.5551db1.1278度本發(fā)明方法44.4878db-26.5222db1.1278度綜上所述，本發(fā)明首先輸入天線幾何參數(shù)、材料參數(shù)與電參數(shù)信息，計算傘狀天線最優(yōu)焦距與最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，與此同時，根據(jù)參數(shù)信息計算天線肋的分段數(shù)，計算肋上點坐標與相鄰肋間點坐標，并在最優(yōu)焦距下生成傘狀天線所有節(jié)點坐標；其次，結(jié)合幾何參數(shù)、材料參數(shù)信息與所有節(jié)點坐標，建立最優(yōu)焦距下傘狀天線結(jié)構(gòu)有限元模型；再次，分別生成最優(yōu)焦距下總體電性能一階、二階系數(shù)矩陣，并求解最優(yōu)焦距下的結(jié)構(gòu)有限元模型，通過近似計算獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場變化量；最后，結(jié)合最優(yōu)焦距下理想天線遠區(qū)電場，獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線遠區(qū)電場，以此進行天線結(jié)構(gòu)機電集成優(yōu)化設(shè)計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1.本發(fā)明從傘狀天線采用曲面面片拼合而成、相鄰肋間為拋物柱面的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，首先計算傘狀天線最優(yōu)焦距，并進行最優(yōu)焦距下的電性能分析與計算，避免了由于拋物柱面散焦而帶來的電性能損失；2.本發(fā)明基于二階近似計算公式獲得最優(yōu)焦距下傘狀天線電性能，可以在保證計算精度的前提下，減少計算時間，從而提高計算效率。本實施方式中沒有詳細敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12