基于SysML的微带天线多学科设计优化研究

摘要

随着国防领域的快速发展，弹载天线作为智能弹药改造的重要一环，其电磁性能与机械结构及工作温度之间存在着相互影响、相互依存的关系。天线热性能、机械性能不仅是其电磁性能实现的基础和保障，也常常会制约着电性能的实现。传统的机电分离设计，常常会导致了天线设备研制周期长、成本髙、性能受限等严重问题。可见，系统而深入地开展微带天线多学科设计及优化的研究具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
　　本项目来源于XXXXX预研项目，主要针对常规弹药智能化改造，针对弹载天线结构需求，研究了天线的小型化设计方案，天线的多物理场耦合分析过程，以及为满足弹载特殊工况下的振动冲击的相关分析，设计出一款能应用于智能弹药改造的天线。本文主要工作内容如下：
　　(1)对于微带天线设计中面临的复杂性问题，引入了基于模型的系统工程的思想，利用标准化建模语言SysML，建立起微带天线的系统架构、电性能设计、多物理场耦合设计、优化设计等相关模型，为设计及仿真做基础。证明了 SysML模型驱动设计可以从系统层上完成微带天线的多物理场耦合设计及优化，并能很好的进行评估、管理和修正，节省设计和计算成本。
　　(2)阐述了微带天线的组成、特点及其辐射工作原理，以及微带天线的主要电磁性能设计参数，找到了适用于弹载工况下的小型化设计方法。在此基础上应用微带天线设计原理及电磁仿真技术，完成了弹载微带天线的电性能设计。
　　(3)对设计的微带天线进行了电-热-结构耦合的系统性研究，对天线进行了电磁场分析、温度场分析、热变形及热应力分析，探索了电磁场、结构动静态场及温度场之间的耦合关系。并且利用试验设计及析因分析，分析了天线在工作条件下多场耦合产生电性能偏移的主要原因，并提出了解决方案。
　　(4)对于高阻硅基底微带天线在多场耦合求解分析的过程中出现的电性能不能满足指标的问题，研究了微带天线带宽展开技术，利用MEMS技术对天线桂基底进行结构优化，提高了天线的电性能。并且对天线进行了弹载工况下振动与冲击仿真分析，验证了天线的可靠性，并对天线进行了优化设计，设计出了满足各物理场性能指标的弹载微带天线。

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