《結構功能一體化天線機電耦合的混合建模與補償設計》是依託西安電子科技大學，由周金柱擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：結構功能一體化天線機電耦合的混合建模與補償設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周金柱
- 依託單位：西安電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結構功能一體化天線能夠將集成微帶天線陣列的射頻功能件嵌入到武器平台結構中，它即可作為力學承載的蒙皮結構，又可作為收發電磁波的微波天線，在未來武器裝備中具有巨大的套用前景。由於這種天線具有結構和電路的高度集成以及服役環境苛刻等特點，導致了現有方法難以滿足其設計製造。本項目針對結構功能一體化天線的機電耦合機理問題，提出面向一類陣列天線結構因素對力電性能影響的混合建模方法，研究一種利用貝葉斯推理原理集成先驗知識和多核函式的回歸算法以提高小樣本數據建模的準確性；利用提出的方法和算法，結合理論分析和試驗數據建立服役載荷下結構因素對性能影響的機電耦合模型，獲得其影響規律；在此基礎上，構建基於耦合模型的綜合補償設計方法以補償結構因素的影響，提高其力電性能。本項目研究可為結構功能一體化天線的設計製造提供理論指導，提出的方法和算法也可以套用到其它機電系統的科學研究和工程實驗中。
結題摘要
結構功能一體化天線能夠將集成微帶天線陣列的射頻功能件嵌入到武器平台結構中，它即可作為力學承載的蒙皮結構，又可作為收發電磁波的微波天線，在未來武器裝備中具有巨大的套用前景。由於這種天線具有結構和電路的高度集成以及服役環境苛刻等特點，導致了現有方法難以滿足其設計製造。針對結構功能一體化天線的機電耦合問題，本項目主要開展了四個方面的研究：1、結構功能一體天線機電的混合建模研究；2、集成先驗知識和多核函式的有限樣本數據建模算法研究；3、基於機電耦合模型的結構功能一體天線補償設計研究；4、試驗樣件研製與機理驗證。 經過三年的研究，本項目提出了一種面向微波裝置機電耦合的混合建模方法，建立了動載荷下結構功能一體化天線的機電耦合模型，揭示了機械結構尺寸、動態載荷和裂紋缺陷對天線力電性能的影響機理；提出了集成先驗知識的多核回歸算法，以解決工程中實測數據樣本量較少而又要求準確建模的問題；提出了一種結構功能一體化天線的機電協同設計方法。為了驗證機電耦合模型的正確性，本項目研製了S頻段（2.5GHz）無源結構功能一體化天線樣件和動態試驗裝置。除此之外，研製成功了目前國內先進的Ka波段（30GHz）高密度有源結構功能一體化天線樣機，其長寬厚分別為171 mm, 127 mm和 48 mm，重量不超過0.5公斤。該天線可套用到新一代戰機、艦載和車載武器平台中，實現武器平台與衛星的通信和導航，其設計和製造技術也可以推廣到5G移動通信中。 迄今為止，本項目已發表SCI論文12篇，另有2篇已投稿的SCI論文處於修改後再審狀態，2篇投稿的機械工程學報也處於修改後再審狀態。論文主要發表在Smart Materials and Structures、Soft Computing、International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters等期刊上。授權發明專利4項，申請發明專利11項。項目負責人獲得2015年陝西省科學技術獎一等獎(排名第6)，項目團隊成員獲得學術會議論文獎3次。本項目成果為新型結構功能一體化天線的設計製造提供理論指導，提出的方法也可以套用到其它機電系統的科學研究和工程實驗中。
