金属桁架式天线罩结构变形对系统电性能的影响

针对金属桁架式天线罩在载荷下的结构变形对系统电性能影响的问题,分析天线罩在载荷作用下的变形,针对变形的蒙皮和桁架,将天线电磁波透过蒙皮后的透射场与桁架产生的散射场相叠加,得到变形罩体下的天线远场,在此基础上分析变形天线罩对系统电性能的影响。通过某20 m金属桁架式天线罩进行数值仿真,结果表明变形对系统电性能的影响显著,且罩体的厚度越大、频率越高,变形引入的影响越大,在此基础上分析天线罩结构变形对系统电性能的影响机理,指出较大变形下系统电性能没有剧烈变化的原因,并提出可以真实反映电性能变化程度的天线罩变形描述方法。

基于天线-罩体综合设计的反射面赋形设计方法

介质夹层式天线罩在保护内部天线的同时,使得透过罩体后天线口径场的幅度和相位分布发生变化,其中相位分布的变化是引起天线远场方向图畸变的主要因素.文章从天线罩体综合设计的角度出发,提出一种反射面赋形设计方法,通过赋形反射面来改变天线口径场的相位分布,使其与天线罩引起的相位分布的趋势相反,以保证透过天线罩后的口径场仍为同相场.对某地面卫星通信站的9.14m口径天线罩进行了数值实验,结果表明:所提方法可有效改善带罩天线系统的电性能,对于方向图畸变导致的副瓣和零深变化其效果尤为显著.

基于远场的薄壳式天线罩壁厚修磨量反求方法

复杂的成型工艺使得机载弹载天线罩罩体各处的材料介电常数往往不一致,这将影响带罩天线系统的电性能,需要通过修磨罩壁几何厚度来补偿材料介电常数偏差的影响。提出了一种基于远场的天线罩壁厚修磨量的反求方法,根据带罩天线的远场计算公式,建立了求解罩体各处透射系数的反演模型,然后根据透射系数以及天线罩的外形、厚度等已知信息反求出各处的介电常数值,再按照电厚度一致的原则确定出壁厚修磨量。此外又提出了一种不增加天线罩网格数的近场积分网格细化方法,提高了反演模型的精度。最后对某1.2m口径正切卵形天线罩进行了数值仿真,结果验证了所提方法的正确性和有效性。

大型介质夹层天线罩的电性能补偿方法

针对介质夹层天线罩在保护天线的同时,也会影响系统电性能的问题,研究罩体对电性能影响的主要因素,发现导致远场方向图畸变的主要因素是罩体透射系数导致的相位变化;通过分析其与罩体结构材料形式的关系,结合反射面天线的结构特点,提出了两种补偿方法.一是通过修正天线主反射面补偿,二是通过调整馈源的轴向偏焦补偿.考虑到工程实现的难度,重点讨论了轴向偏焦补偿.推导了偏焦调整量的计算公式,给出了使用条件.通过某9.14m地面卫星通信站的天线罩进行了数值仿真.结果表明:轴向偏焦补偿方法可行且有效,尤其对于方向图的畸变导致的副瓣和零深变化补偿效果显著.

共形承载天线封装过程中几何缺陷的反演

共形承载天线(Conformal load-bearing antenna structure,CLAS)将微带天线和防护结构封装为一体,是一种可安装于飞行器外蒙皮的新型天线结构。针对封装过程中防护罩体内存在空腔、气泡等制造缺陷,根据透射理论和射线追踪-表面积分方法,提出一种由天线远场特性反演缺陷几何特征的方法。推导出远场到罩体透射系数以及透射系数到罩体材料厚度的两个反演公式,两者结合可实现由测量远场到罩体缺陷几何特征的反演,并进一步推广至多层罩体。通过一个12.5 GHz的4单元共形承载天线进行数值仿真试验,仿真结果表明反演模型理论精度高,有效性好。基于该算例,对所提出的反演模型进行误差分析,分析结果表明当远场测量精度满足幅度误差小于0.45 d B,相位误差小于±5°时,反演结果的误差小于10%,该精度完全可以满足工程使用的精度要求。

线缆-机箱电磁兼容分析的PEEC-MoM混合方法

针对线缆-机箱系统的电磁兼容性问题,提出了一种部分元等效电路法与矩量法混合的数值分析方法.利用部分元等效电路法建立线缆、电连接器和内部印刷电路板的等效高频电路模型,通过电路分析方法得到其激励特性,并基于能量守恒定理将其等效为辐射偶极子天线,最后加入矩量法分析的机箱屏效模型中,进行内部电路板信号完整性分析和机箱屏效计算.机箱内部印刷电路板信号完整性分析结果与商用软件微波仿真工作室的计算结果吻合良好,线缆机箱屏效实验测试结果与分析结果同样吻合良好,计算精度满足电磁兼容工程分析的需要,表明了文中所提方法的有效性.

基于机电耦合理论的智能反射面天线形状最优控制

为提高反射面天线电性能,基于机电耦合理论,以增益和第一副瓣为综合控制目标,建立智能反射面天线形状最优控制模型。模型考虑结构强度和作动器性态约束,将作动电压作为被控变量,通过机电耦合模型将电性能表示为作动电压的函数。以某7.3m反射面天线为研究对象,同时考虑自重与温度载荷,分别应用所提方法与传统形状最优控制方法进行控制,其中温度载荷由77个温度传感器实测获取。结果表明,基于机电耦合理论的形状最优控制模型在改善天线的电性能方面更加有效。

基于区间分析的非对称外形天线罩厚度设计

厚度误差是影响天线罩电性能的重要因素。对于非对称外形天线罩,厚度误差引入的电性能恶化程度会随天线扫描角变化。针对该问题,文中提出了一种基于区间分析的天线罩厚度设计方法。首先根据误差区间分析天线罩的方向图区间,从中提取电性能指标区间,进而分析不同扫描角下电性能指标区间随厚度的变化特性。通过对电性能指标及其变化区间作单一目标函数转化,给出不同扫描角下天线罩电性能指标及其变化区间最优的厚度设计结果。某正切卵形天线罩的仿真结果验证了该方法的有效性。

耐高温液态金属频率选择表面流道拓扑优化设计

面向高速飞行器的耐高温和隐身需求,提出了一种基于液态金属的具备耐高温能力的双层频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)结构。首先通过粒子群优化对双层FSS进行结构优化,保证了双层FSS单元的电性能;其次以液态金属作为导电和导热工质,利用拓扑优化方法对FSS的流道结构进行优化,提高FSS的散热能力;最后针对优化前后的FSS结构进行了数值仿真,并加工样件进行了散热性能实验。仿真和实测的温度数据吻合性较好,表明拓扑优化后的双层FSS结构散热性能有明显改善。

“电磁场与电磁波”教学中的案例启发式实践

“电磁场与电磁波”是一门重要的基础课程,具有理论性强、公式繁杂、概念抽象等特点,教学难度大。本文提出在该课程教学中应用案例启发式教学法,从日常生活、工程应用与科研前沿等角度引入相应案例,逐步引导学生认识、理解教学内容,提高学生学习的兴趣,启迪创新思维。

论高性能电子装备机电耦合技术现状与发展

高性能电子装备被广泛应用于陆、海、空、天等领域中的雷达、深空探测、射电天文、通信、导航、遥感等方面,其设计与制造水平是国家整体科技水平与实力的重要体现。系统回顾了高性能电子装备机电一体化技术的发展历程,论述机电分离、机电综合、机电耦合等三个不同发展阶段的特征与内涵,进而明确机电一体化技术鲜明的代际演进,并揭示电子装备机电耦合技术的内涵与特征。在此基础上,结合反射面天线、平面裂缝天线、有源相控阵天线等典型实例,建立电子装备电磁场-位移场-温度场的场耦合理论模型,揭示非线性机械结构因素对平板裂缝天线、有源相控阵天线等电子装备电性能的影响机理。最后,面向未来高性能电子装备的发展趋势,探讨机电耦合理论与技术需应对的新挑战。