本發(fā)明屬于天線，具體涉及一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、網(wǎng)狀天線由于其質(zhì)量輕、收攏體積小等優(yōu)點被逐漸應(yīng)用于空間天線設(shè)計中。網(wǎng)狀天線采用索網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對拋物面形狀的結(jié)構(gòu)支撐，利用鋪設(shè)的金屬絲網(wǎng)實現(xiàn)對電磁波的接收與發(fā)射。網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計是天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，其保障天線反射面實現(xiàn)預(yù)定的面形精度與電性能。如何設(shè)計出滿足結(jié)構(gòu)剛度需求的索張力及其形狀是網(wǎng)狀天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。

2、nie等在文獻(xiàn)“optimization?design?method?for?mesh?reflector?antennasconsidering?the?truss?deformation?and?thermal?effects”(engineeringstructures，2020，208:112503)公開了一種考慮桁架結(jié)構(gòu)與索網(wǎng)系統(tǒng)的張力優(yōu)化方法，面向面形精度與張力均勻性進(jìn)行設(shè)計。zhang等在文獻(xiàn)“force?density?sensitivity?form-finding?design?method?for?cable-mesh?reflector?antennas?consideringinteractive?effects?between?cable?network?and?supporting?truss”(engineeringstructures，2021，244(1):112722)公開了一種基于力密度敏度的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張力設(shè)計方法，提出了采用力密度敏度進(jìn)行張力優(yōu)化設(shè)計，從而實現(xiàn)張力均勻與高面形精度設(shè)計。這些文獻(xiàn)都是以張力均勻為設(shè)計目標(biāo)或約束函數(shù)，力爭使得索網(wǎng)系統(tǒng)具有較為均勻的張力分布。然而，張力均勻分布并不是電性能最優(yōu)的設(shè)計狀態(tài)，難以實現(xiàn)較優(yōu)的電性能。在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，天線反射面中心區(qū)域要求精度較高，具有較高的電性能比例要求。因此，在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往對反射面中心區(qū)域背架結(jié)構(gòu)施加較高的結(jié)構(gòu)剛度，即較大的張力，從而達(dá)到較優(yōu)性能的目的。因此，針對網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計需求，提出電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，實現(xiàn)面向電性能的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)剛度分配與優(yōu)良的電性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，該方法將反射面天線電參數(shù)引入到索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張力設(shè)計中，可以實現(xiàn)面向電性能的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)剛度分配與優(yōu)良的電性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，包括以下步驟；

4、步驟1：向初始模型中輸入網(wǎng)狀天線結(jié)構(gòu)與電參數(shù)；

5、步驟2：根據(jù)所述天線結(jié)構(gòu)參數(shù)與電參數(shù)，生成索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息；

6、步驟3：根據(jù)所述索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息，生成張拉索結(jié)構(gòu)連接信息；

7、步驟4：根據(jù)錐銷參數(shù)、口徑場形狀參數(shù)在內(nèi)的電參數(shù)，計算口徑場幅度分布函數(shù)；

8、步驟5：根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息和張拉索結(jié)構(gòu)連接信息，按照口徑場幅度分布函數(shù)，生成索張力預(yù)分布比例；

9、步驟6：根據(jù)索張力預(yù)分布比例，生成索張力分布目標(biāo)函數(shù)；

10、步驟7：根據(jù)索張力分布目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化模型并求解；

11、步驟8：根據(jù)建立的優(yōu)化模型與求解結(jié)果，輸出優(yōu)化后的索張力值。

12、所述步驟1具體為：

13、結(jié)構(gòu)參數(shù)包含網(wǎng)狀天線口徑、焦距、偏置距離、前后網(wǎng)面最小距離，索單元橫截面積、楊氏彈性模量、索網(wǎng)張力大小、面形均方根值；

14、電參數(shù)包含錐銷參數(shù)、口徑場形狀參數(shù)。

15、所述步驟2具體為：

16、根據(jù)網(wǎng)狀天線口徑、焦距、偏置距離、前后網(wǎng)面最小距離，索單元橫截面積、楊氏彈性模量、索網(wǎng)張力大小、面形均方根值的結(jié)構(gòu)參數(shù)，按照下式生成網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息：

17、

18、ρi-ρj|≤lmax

19、其中，lmax為網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息約束的長度上限，f為天線焦距，δrms為面形均方根值，ρi、ρi分別為索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中相鄰的第i、j個節(jié)點信息，||表示取范數(shù)運算。

20、所述步驟3具體為：

21、根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息，按照下式生成張拉索結(jié)構(gòu)連接信息：

22、lij(ρi,ρj)

23、其中，lij表示索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中連接第i、j個節(jié)點的張拉索結(jié)構(gòu)連接信息，ρi、ρi分別為索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中相鄰的第i、j個節(jié)點信息。

24、所述步驟4具體為：

25、根據(jù)錐銷參數(shù)、口徑場形狀參數(shù)在內(nèi)的電參數(shù)，按照下式生成口徑場幅度分布函數(shù)：

26、

27、其中，q(ρ)為口徑場幅度分布函數(shù)，ρ為索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息，b為錐銷參數(shù)，p表示口徑場形狀參數(shù)，d為口徑。

28、所述步驟5具體為：

29、按照下式生成索張力預(yù)分布比例：

30、

31、其中，q表示為索張力預(yù)分布比例，list()表示取列向量運算，q(lij)表示連接第i、j個節(jié)點的索處的口徑場幅度分布函數(shù)，lij表示索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中連接第i、j個節(jié)點的張拉索結(jié)構(gòu)連接信息、ρi表示索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中第i個節(jié)點信息，||表示取范數(shù)運算，b為錐銷參數(shù)，p表示口徑場形狀參數(shù)，d為口徑。

32、所述步驟6具體為：

33、生成索張力分布目標(biāo)函數(shù)具體為：

34、

35、其中，f(x)表示索張力分布目標(biāo)函數(shù)，x為設(shè)計變量，f為索張力，max(f)表示索張力最大值，max()表示取最大值運算，q為索張力預(yù)分布比例，||表示取范數(shù)運算。

36、所述步驟7優(yōu)化模型并求解具體步驟為：

37、find?x

38、min?f(x)

39、s.t.af＝0

40、

41、其中，x為設(shè)計變量，f(x)表示索張力分布目標(biāo)函數(shù)，f為索張力，a為由索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息、張拉索結(jié)構(gòu)連接信息生成的平衡矩陣，f分別為索張力上、下限值。

42、本發(fā)明的有益效果：

43、1.本發(fā)明考慮了網(wǎng)狀天線電參數(shù)對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)，直接面向電性能進(jìn)行網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)索張力設(shè)計，實現(xiàn)了面向電性能的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)剛度分配與優(yōu)良的電性能；

44、2.本發(fā)明從初始概念設(shè)計階段將電參數(shù)引入到結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過口徑場分布生成索張力預(yù)分布比例，目標(biāo)函數(shù)使得索張力正比于口徑場幅度函數(shù)值，可以進(jìn)一步保證網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張力設(shè)計的合理性，所得結(jié)果實現(xiàn)了電性能意義下的結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計。

技術(shù)特征：

1.一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟3具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟4具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟5具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟6具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟7優(yōu)化模型并求解具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電參數(shù)比例分布的網(wǎng)狀天線索張力設(shè)計方法，包括以下步驟；步驟1：向初始模型中輸入網(wǎng)狀天線結(jié)構(gòu)與電參數(shù)；步驟2：根據(jù)天線結(jié)構(gòu)參數(shù)與電參數(shù)，生成索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息；步驟3：生成張拉索結(jié)構(gòu)連接信息；步驟4：根據(jù)錐銷參數(shù)、口徑場形狀參數(shù)在內(nèi)的電參數(shù)，計算口徑場幅度分布函數(shù)；步驟5：根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)節(jié)點信息、張拉索結(jié)構(gòu)連接信息、按照口徑場幅度分布函數(shù)，生成索張力預(yù)分布比例；步驟6：根據(jù)索張力預(yù)分布比例，生成索張力分布目標(biāo)函數(shù)；步驟7：建立優(yōu)化模型并求解；步驟8：輸出優(yōu)化后的索張力值。本發(fā)明將反射面天線電參數(shù)引入到索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張力設(shè)計中，可以實現(xiàn)面向電性能的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)剛度分配與優(yōu)良的電性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張樹新,寇丹陽,強惠哲,譚育正,張順吉,王維虎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15