專利名稱：基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法， 用來(lái)對(duì)工作頻率GHz與天線口徑m之積大于100的電大尺寸帶罩天線系統(tǒng)的電性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。
背景技術(shù)：
天線罩是保護(hù)天線免受自然環(huán)境影響的外殼，是由天然或人造電介質(zhì)材料制成的覆蓋物，或是由桁架支撐的電介質(zhì)殼體構(gòu)成的特殊形狀的電磁明窗。設(shè)計(jì)優(yōu)良的天線罩，除了具有保護(hù)性、傳導(dǎo)性、可靠性、隱蔽性和裝飾性等功能外，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，還可以延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)各部分的使用壽命、降低壽命成本和操作成本、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低維修成本、保證天線表面和位置的精確度、給天線操作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。但是天線罩也會(huì)對(duì)理想天線的電磁輻射產(chǎn)生影響，使理想的天線電性能有所降低。天線罩設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電性能設(shè)計(jì)結(jié)合的復(fù)雜設(shè)計(jì)。隨著我國(guó)航空、氣象及軍事技術(shù)的進(jìn)步和軍事形勢(shì)的發(fā)展，進(jìn)行遠(yuǎn)程精密跟蹤測(cè)量雷達(dá)等高精度雷達(dá)和高增益天線的研究與制造已成為緊迫的任務(wù)。這些天線系統(tǒng)口徑可達(dá)到幾十米，工作頻段可達(dá)到C、x甚至Ka等高頻段。而特殊地理位置的自然環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響較大，配備天線罩成為這些雷達(dá)、天線必不可少的要求，因此對(duì)電大尺寸天線罩的需求變得越來(lái)越迫切。戎華在2010年的論文《關(guān)于天線罩電性能數(shù)值建模與仿真問(wèn)題的探討》中采用了基于近場(chǎng)的平面波譜——表面積分法來(lái)預(yù)測(cè)天線罩電性能，該方法首先利用對(duì)輻射天線的積分確定入射于天線罩內(nèi)表面上的近場(chǎng)，其次計(jì)算透過(guò)天線罩壁的外表面上的透射場(chǎng)，最后根據(jù)由沿罩外表面上的切線場(chǎng)分布，對(duì)天線罩外表面積分求得天線、天線罩綜合體的遠(yuǎn)區(qū)輻射方向圖。該方法的不足是對(duì)于電大尺寸帶罩天線由于其計(jì)算量過(guò)大，在實(shí)際應(yīng)用中往往無(wú)法在要求的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果，有時(shí)甚至現(xiàn)有設(shè)備根本無(wú)法計(jì)算。張翼周在2004年的論文《對(duì)天線罩影響天線輻射性能的分析》中，利用復(fù)射線理論對(duì)天線、天線罩系統(tǒng)進(jìn)行一體化分析，該方法首先利用復(fù)源點(diǎn)場(chǎng)對(duì)自由空間天線方向圖的和、差波瓣進(jìn)行模擬，然后利用復(fù)射線近軸近似法和集合射線法逐個(gè)計(jì)算每一個(gè)復(fù)源點(diǎn)經(jīng)過(guò)天線罩折射、反射后的場(chǎng)，最后通過(guò)各復(fù)源點(diǎn)模擬場(chǎng)進(jìn)行加權(quán)迭加，從而得出天線及天線罩的和、差方向圖。應(yīng)用該方法進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)，需要建立天線罩的具體模型，文中建立了一個(gè)光滑分層的天線罩模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。由于該模型中沒(méi)有考慮天線罩分塊、搭邊以及天線罩上的螺栓，因而使用該方法得到的計(jì)算結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，以減小計(jì)算時(shí)間，提高電性能預(yù)測(cè)精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下兩種技術(shù)方案
技術(shù)方案I :本發(fā)明基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于利用商用電磁分析軟件按如下步驟進(jìn)行預(yù)測(cè)(I)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)天線模型劃分網(wǎng)格；(2)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的饋源幾何模型，以該饋源模型作為激勵(lì)，在饋源的激勵(lì)下，天線向空間輻射電磁波；(3)將天線輻射電磁波的能力用方向圖來(lái)表征，使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取天線的電性能指標(biāo)；(4)在步驟(I)中所建天線模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再建立天線罩上的螺栓幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)該螺栓幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；(5)根據(jù)步驟(3)中求得的二維方向圖，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，使用物理光學(xué)法求解該天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并將計(jì)算結(jié)果輸出為一個(gè)文件；(6)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線罩幾何模型，按二倍波長(zhǎng)對(duì)該天線罩幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；(7)以步驟(5)中求得的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值作為激勵(lì)，使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取帶罩天線的電性能指標(biāo)；(8)對(duì)比步驟(3)和步驟(7)中得到的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，分別求出天線加罩后的電性能變化值，即增益損失值、副瓣電平升高值和主瓣寬度變化值；(9)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預(yù)設(shè)要求，如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并重復(fù)步驟(4)到步驟(9)，直至結(jié)果滿足要求。步驟(I)所述的建立天線的幾何模型，是根據(jù)天線口徑D和焦距f，在商用電磁分析軟件中建立一個(gè)拋物面，拋物面頂點(diǎn)取在坐標(biāo)系原點(diǎn)處，天線口徑面與z軸垂直。步驟(2)所述的建立天線的饋源幾何模型，是建立長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的線段，該線段與天線口徑面平行，中點(diǎn)在天線焦點(diǎn)，在中點(diǎn)處將該線段斷開。步驟(3)所述的使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，按如下步驟進(jìn)行(3a)饋源向外輻射電磁波，該電磁波會(huì)在天線表面感應(yīng)出面電流，根據(jù)饋源的形式計(jì)算出饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值；(3b)根據(jù)饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，計(jì)算出天線表面上的面電流分布，該面電流分布向空間輻射電磁波；(3c)根據(jù)天線表面上的面電流分布，積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。步驟(4)所述的，建立天線罩的螺栓幾何模型，按如下步驟進(jìn)行(4a)用長(zhǎng)方體模擬螺栓，即取長(zhǎng)方體高度為螺栓高度，取長(zhǎng)方體長(zhǎng)、寬為螺栓底面直徑，長(zhǎng)方體軸線指向拋物面頂點(diǎn)；(4b)將螺栓分布在天線罩模型所在的球面上，并按天線罩上螺栓的實(shí)際位置確定螺栓的坐標(biāo)。步驟(5)所述的，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，按如下步驟進(jìn)行(5a)從步驟(3)中求得的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中，得到天線方向圖的能量分布和主瓣寬度，該能量分布是指在歸一化方向圖中任一角度范圍內(nèi)的最小增益值；(5b)根據(jù)天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的能量分布確定天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域，根據(jù)需要的最小增益值，取相應(yīng)的角度范圍為垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域；(5c)取-90° 90°為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖水平圓周方向的計(jì)算區(qū)域；(5d)取天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖主瓣寬度的十二分之一作為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖垂直圓周方向的離散精度；(5e)取0. 5°為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖水平圓周方向的離散精度。步驟(6)所述的建立天線罩幾何模型，按如下步驟進(jìn)行(6a)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分層建立出光滑的天線罩，為避免不同材料之間發(fā)生干涉，層與層之間留出微米量級(jí)的間隙；(6b)按照天線罩的分塊形式，在分塊處對(duì)所建光滑天線罩進(jìn)行分割，得到分塊以及分塊之間的搭邊，此時(shí)得到的搭邊結(jié)構(gòu)形式與分塊一樣；(6c)按照搭邊的分層數(shù)和各層的厚度，刪除多余的分層，并設(shè)置保留下來(lái)的各層的厚度。步驟(7)所述的使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，按如下步驟進(jìn)行(7a)計(jì)算天線罩內(nèi)的天線場(chǎng)分布；(7b)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算天線罩的透射系數(shù)、反射系數(shù)；(7c)計(jì)算透過(guò)天線罩后天線的場(chǎng)分布，并積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。技術(shù)方案2 本發(fā)明基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于利用商用電磁分析軟件按如下步驟進(jìn)行預(yù)測(cè)I)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)天線模型劃分網(wǎng)格；2)將已知的饋源遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值保存為一個(gè)文件，并導(dǎo)入到所建天線幾何模型中作為激勵(lì)，在饋源的激勵(lì)下，天線向空間輻射電磁波；3)將天線輻射電磁波的能力用方向圖來(lái)表征，使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取天線的電性能指標(biāo)；4)在步驟I)中所建天線模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再建立天線罩上的螺栓幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)該螺栓幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；5)根據(jù)步驟3)中求得的二維方向圖，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，使用物理光學(xué)法求解該天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并將計(jì)算結(jié)果輸出為一個(gè)文件；6)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線罩幾何模型，按二倍波長(zhǎng)對(duì)該天線罩幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；7)以步驟5)中求得的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值作為激勵(lì)，使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取帶罩天線的電性能指標(biāo)；8)對(duì)比步驟3)和步驟7)中得到的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，分別求出天線加罩后的電性能變化值，即增益損失值、副瓣電平升高值和主瓣寬度變化值；9)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預(yù)設(shè)要求，如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并重復(fù)步驟4)到步驟9)，直至結(jié)果滿足要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明由于使用遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖來(lái)預(yù)測(cè)天線罩的電性能，并且求解天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值、天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值時(shí)采用了物理光學(xué)法，求解加罩后天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值時(shí)采用了幾何光學(xué)法，此外根據(jù)天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的能量分布和主瓣寬度確定了天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，因而在保證結(jié)果精度的基礎(chǔ)上，大大減小了計(jì)算量；(2)本發(fā)明由于在求解天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值時(shí)，考慮了螺栓散射的影響，并且在建立天線罩的幾何模型時(shí)分別建立了分塊、搭邊，預(yù)測(cè)天線罩電性能的精度更高。


圖I是本發(fā)明基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法流程圖2是本發(fā)明確定天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度的子流程圖3是本發(fā)明天線罩建模子流程圖4是A夾層天線罩截面結(jié)構(gòu)示意圖5是C夾層天線罩截面結(jié)構(gòu)示意圖6是天線罩搭邊結(jié)構(gòu)示意圖7是天線罩上的螺栓模型示意圖8是天線罩模型示意圖9是天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖10是天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖11是加罩后的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例I :
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下
步驟一，建立拋物面天線的幾何模型。
獲取天線口徑D、焦距f，在商用電磁分析軟件中建立一個(gè)拋物面，拋物面頂點(diǎn)取
在坐標(biāo)系原點(diǎn)處,天線口徑面與z軸垂直；建模完成后,獲取天線工作頻率freq、光速C，根據(jù)公式Α = $計(jì)算波長(zhǎng)λ，然后對(duì)拋物面劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格邊長(zhǎng)設(shè)置為|。
步驟二，建立饋源的幾何模型，以此作為天線的激勵(lì)。本實(shí)例中通過(guò)建立饋源的幾何模型來(lái)實(shí)現(xiàn)給天線加入激勵(lì)，該饋源的建立是先構(gòu)造長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)，中點(diǎn)位于天線焦點(diǎn)處，且與天線口徑面平行的線段，然后在中點(diǎn)處將該線段斷開，即得偶極子饋源模型；在饋源的激勵(lì)下，天線向空間輻射電磁波。本發(fā)明的饋源并不僅限于此種偶極子饋源，還可使用喇叭饋源。步驟三，確定天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度。將天線輻射電磁波的能力用方向圖來(lái)表征，為了得到方向圖能量分布的完整信
息，垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域取為-180° 180° ,垂直圓周方向的離散精度取為5.83.。步驟四，確定計(jì)算區(qū)域和離散精度后，使用物理光學(xué)法按如下步驟計(jì)算天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖。(4a)饋源向外輻射電磁波，該電磁波會(huì)在天線表面感應(yīng)出面電流，根據(jù)饋源的形式計(jì)算出饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值；(4b)根據(jù)饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，計(jì)算出天線表面上的面電流分布，該面電流分布向空間輻射電磁波；(4c)根據(jù)天線表面上的面電流分布，積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。根據(jù)得到的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并提取出電性能指標(biāo)，即增益值、副瓣電平值和主瓣寬度值。步驟五，建立天線罩上的螺栓模型。(5a)用長(zhǎng)方體模擬螺栓，即取長(zhǎng)方體高度為螺栓高度，取長(zhǎng)方體長(zhǎng)、寬為螺栓底面直徑，長(zhǎng)方體軸線指向拋物面頂點(diǎn)；(5b)將螺栓分布在天線罩模型所在的球面上，并按天線罩上螺栓的實(shí)際位置確定螺栓的坐標(biāo)，完成對(duì)天線罩的螺栓建模。螺栓建模完成后，對(duì)螺栓劃分網(wǎng)格，因?yàn)橐梦锢砉鈱W(xué)法分析螺栓的影響，而物理光學(xué)法對(duì)網(wǎng)格精度要求較高，故將網(wǎng)格邊長(zhǎng)設(shè)置為|，由于螺栓會(huì)對(duì)天線輻射的電磁波產(chǎn)生散射，進(jìn)而影響天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。步驟六，計(jì)算在螺栓散射影響下的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖。參照?qǐng)D2，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(6a)分析從步驟三中求得的天線二維方向圖，得到天線方向圖的能量分布和主瓣寬度，該能量分布是指在歸一化方向圖中任一角度范圍內(nèi)的最小增益值，該主瓣寬度指歸一化增益下_3dB對(duì)應(yīng)的波瓣寬度；(6b)根據(jù)天線方向圖的能量分布來(lái)確定垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域，將方向圖中能量很小的部分忽略，在減小三維方向圖計(jì)算區(qū)域的同時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響也較小，根據(jù)需要的最小增益值，取相應(yīng)的角度范圍為垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域；經(jīng)驗(yàn)表明截取_50dB以上的三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖即可滿足計(jì)算要求，根據(jù)天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖找出與之對(duì)應(yīng)的角度， 如為30°，則取垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域?yàn)?30° 30° ;(6c)因?yàn)橐?jì)算整個(gè)水平圓周方向的方向圖，水平圓周方向計(jì)算區(qū)域取為-90° 90°，此時(shí)的計(jì)算區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)截球面；
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(6d)根據(jù)天線方向圖的主瓣寬度來(lái)確定垂直圓周方向的離散精度,主瓣寬度從天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中得出，要使主瓣寬度內(nèi)包含12個(gè)離散點(diǎn)，故取天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖主瓣寬度的十二分之一作為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖垂直圓周方向的離散精度；(6e)根據(jù)三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖基本上是一個(gè)圓對(duì)稱的形式，沿垂直圓周方向有許多波瓣，但是在水平圓周方向則遠(yuǎn)沒(méi)有這么多波瓣的特點(diǎn)，取天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖水平圓周方向的離散精度為0.5°即可滿足需要。在確定垂直圓周方向、水平圓周方向的計(jì)算區(qū)域和離散精度后，使用物理光學(xué)法計(jì)算天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并將計(jì)算結(jié)果保存為一個(gè)文件。步驟七，建立天線罩模型。對(duì)于常用的介質(zhì)夾層天線罩，需要分別建立出天線罩各層的模型，而且為了更好的反映實(shí)際問(wèn)題，天線罩需要分塊，這些都應(yīng)在建模中表現(xiàn)出來(lái)。參照?qǐng)D3，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(7a)建立各層光滑罩根據(jù)各層罩子的內(nèi)、外曲面形狀及大小，依次建立出天線罩的各層，天線罩夾層形式有多種，常用的A夾層、C夾層形式分別如圖4、圖5所示，相鄰層的材料屬性是不同的，為避免發(fā)生干涉，層與層之間應(yīng)有一個(gè)微米量級(jí)的間隙；(7b)分割光滑罩得到分塊和搭邊根據(jù)天線罩的分塊形式，對(duì)光滑罩進(jìn)行分割，得到分塊以及分塊之間的搭邊，此時(shí)得到的搭邊結(jié)構(gòu)形式與分塊一樣；(7c)處理搭邊部分按照搭邊的分層數(shù)和各層的厚度，刪除多余的分層，并設(shè)置保留下來(lái)的各層的厚度；天線罩建模完成后，對(duì)天線罩劃分網(wǎng)格，因?yàn)橐脦缀喂鈱W(xué)法分析天線罩的影響， 而幾何光學(xué)法對(duì)網(wǎng)格精度要求較低，故將網(wǎng)格邊長(zhǎng)設(shè)置為2入。步驟八，計(jì)算加罩后天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖。求解二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值時(shí)要先確定垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域和離散精度，有時(shí)只要求得到主瓣和近副瓣區(qū)域，有時(shí)還要求得到遠(yuǎn)副瓣區(qū)域，根據(jù)需要，首先利用步驟三中求得的天線二維方向圖來(lái)確定計(jì)算區(qū)域；再利用步驟三中求得的天線二維方向圖確定主瓣寬度， 取主瓣寬度的十二分之一作為垂直圓周方向的離散精度；然后將在步驟五中求得的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值文件導(dǎo)入天線罩模型中的原點(diǎn)處作為激勵(lì)，使用幾何光學(xué)法按照如下步驟計(jì)算加罩后天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值(8a)計(jì)算天線罩內(nèi)的天線場(chǎng)分布；(Sb)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算天線罩的透射系數(shù)、反射系數(shù)；(Sc)計(jì)算透過(guò)天線罩后天線的場(chǎng)分布，并積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。根據(jù)得到的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并提取出電性能指標(biāo)，即增益值、副瓣電平值和主瓣寬度值。步驟九，對(duì)比加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)。對(duì)比步驟四和步驟八中得到的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，分別求出天線加罩后的電性能變化值，即增益損失值、副瓣電平升高值和主瓣寬度變化值。步驟十，判斷結(jié)果是否滿足要求。根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預(yù)設(shè)要求，如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并重復(fù)步驟四到步驟九，直至結(jié)果滿足要求。實(shí)施例2:步驟I，建立拋物面天線的幾何模型獲取天線口徑D、焦距f，在商用電磁分析軟件中建立一個(gè)拋物面，拋物面頂點(diǎn)取在坐標(biāo)系原點(diǎn)處,天線口徑面與z軸垂直；建模完成后,獲取天線工作頻率freq、光速C，根
據(jù)公式Α = $計(jì)算波長(zhǎng)λ，然后對(duì)拋物面劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格邊長(zhǎng)設(shè)置為|。步驟2，加入饋源遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值作為激勵(lì)將已知的饋源遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值存為一個(gè)dat”文件，導(dǎo)入拋物面焦點(diǎn)處，文件格式共有六列數(shù)據(jù)，列與列之間用空格分隔，每列數(shù)據(jù)依次代表垂直圓周方向角度、水平圓周方向角度、垂直圓周方向電場(chǎng)幅度、垂直圓周方向電場(chǎng)相位、水平圓周方向電場(chǎng)幅度、水平圓周方向電場(chǎng)相位。步驟3-步驟10與實(shí)施例I的步驟三至步驟十相同。上述兩種實(shí)施例中所有場(chǎng)值的計(jì)算，都是在確定完計(jì)算區(qū)域、離散精度和計(jì)算方法后，由軟件按照相應(yīng)的計(jì)算方法自動(dòng)進(jìn)行的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明I.仿真參數(shù)設(shè)口徑為5. 2米、焦距為2. 08米、工作頻率為20GHz的拋物面天線，天線罩直徑為 9. 14米，結(jié)構(gòu)為A夾層形式，搭邊的形式如圖6所示，內(nèi)、外蒙皮厚度均為I毫米，芯層厚度為26毫米，蒙皮材料介電常數(shù)為4. 2，介質(zhì)損耗角正切為O. 026，泡沫材料介電常數(shù)為I. 15， 介質(zhì)損耗角正切為O. 0098，搭邊由兩層8毫米厚的蒙皮材料組成。天線罩上的螺栓分布如圖7所示，共104個(gè)，天線罩分塊形式如圖8所示，共分69塊，本例中使用FEKO軟件進(jìn)行分析。2.仿真內(nèi)容與結(jié)果仿真I，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖，結(jié)果如圖9所示。仿真2，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖，結(jié)果如圖10所仿真3，根據(jù)上述參數(shù)計(jì)算加罩后天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，并繪制方向圖，結(jié)果如圖 11所示。從圖9可以得到天線的主瓣寬度和副瓣電平，從圖11可以得到加罩后天線的主瓣寬度和副瓣電平。表I中列出了加罩前后天線的增益值、第一副瓣電平值和主瓣寬度值。表I加罩前后天線的電性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于利用商用電磁分析軟件按如下步驟進(jìn)行預(yù)測(cè)(1)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)天線模型劃分網(wǎng)格；(2)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的饋源幾何模型，以該饋源模型作為激勵(lì)， 在饋源的激勵(lì)下，天線向空間輻射電磁波；(3)將天線輻射電磁波的能力用方向圖來(lái)表征，使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取天線的電性能指標(biāo)；(4)在步驟(I)中所建天線模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再建立天線罩上的螺栓幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)該螺栓幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；(5)根據(jù)步驟(3)中求得的二維方向圖，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，使用物理光學(xué)法求解該天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖，并將計(jì)算結(jié)果輸出為Iv文件；(6)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線罩幾何模型，按二倍波長(zhǎng)對(duì)該天線罩幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；(7)以步驟(5)中求得的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值作為激勵(lì)，使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取帶罩天線的電性能指標(biāo)；(8)對(duì)比步驟(3)和步驟(7)中得到的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，分別求出天線加罩后的電性能變化值，即增益損失值、副瓣電平升高值和主瓣寬度變化值；(9)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預(yù)設(shè)要求， 如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并重復(fù)步驟(4)到步驟(9)，直至結(jié)果滿足要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(I)所述的建立天線的幾何模型，是根據(jù)天線口徑D和焦距f，在商用電磁分析軟件中建立一個(gè)拋物面，拋物面頂點(diǎn)取在坐標(biāo)系原點(diǎn)處，天線口徑面與z軸垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(2)所述的建立天線的饋源幾何模型，是建立長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的線段，該線段與天線口徑面平行，中點(diǎn)在天線焦點(diǎn)，在中點(diǎn)處將該線段斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(3)所述的使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，按如下步驟進(jìn)行(3a)饋源向外福射電磁波,該電磁波會(huì)在天線表面感應(yīng)出面電流，根據(jù)饋源的形式計(jì)算出饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值；(3b)根據(jù)饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，計(jì)算出天線表面上的面電流分布，該面電流分布向空間輻射電磁波；(3c)根據(jù)天線表面上的面電流分布，積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(4)所述的，建立天線罩的螺栓幾何模型，按如下步驟進(jìn)行(4a)用長(zhǎng)方體模擬螺栓，即取長(zhǎng)方體高度為螺栓高度，取長(zhǎng)方體長(zhǎng)、寬為螺栓底面直徑，長(zhǎng)方體軸線指向拋物面頂點(diǎn)；(4b)將螺栓分布在天線罩模型所在的球面上，并按天線罩上螺栓的實(shí)際位置確定螺栓的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(5)所述的，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，按如下步驟進(jìn)(5a)從步驟(3)中求得的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中，得到天線方向圖的能量分布和主瓣寬度，該能量分布是指在歸一化方向圖中任一角度范圍內(nèi)的最小增益值；(5b)根據(jù)天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的能量分布確定天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域，根據(jù)需要的最小增益值，取相應(yīng)的角度范圍為垂直圓周方向的計(jì)算區(qū)域；(5c)取-90° 90°為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖水平圓周方向的計(jì)算區(qū)域；(5d)取天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖主瓣寬度的十二分之一作為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖垂直圓周方向的離散精度；(50取0.5°為天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖水平圓周方向的離散精度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(6)所述的建立天線罩幾何模型，按如下步驟進(jìn)行(6a)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分層建立出光滑的天線罩，為避免不同材料之間發(fā)生干涉，層與層之間留出微米量級(jí)的間隙；(6b)按照天線罩的分塊形式，在分塊處對(duì)所建光滑天線罩進(jìn)行分割，得到分塊以及分塊之間的搭邊，此時(shí)得到的搭邊結(jié)構(gòu)形式與分塊一樣；(6c)按照搭邊的分層數(shù)和各層的厚度，刪除多余的分層，并設(shè)置保留下來(lái)的各層的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟(7)所述的使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，按如下步驟進(jìn)行(7a)計(jì)算天線罩內(nèi)的天線場(chǎng)分布；(7b)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算天線罩的透射系數(shù)、反射系數(shù)；(7c)計(jì)算透過(guò)天線罩后天線的場(chǎng)分布，并積分求解天線在E面、H面內(nèi)的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值。
9.一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法，其特征在于利用商用電磁分析軟件按如下步驟進(jìn)行預(yù)測(cè)1)根據(jù)拋物面天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線的幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)天線模型劃分網(wǎng)格；2)將已知的饋源遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值保存為一個(gè)文件，并導(dǎo)入到所建天線幾何模型中作為激勵(lì)， 在饋源的激勵(lì)下，天線向空間輻射電磁波；3)將天線輻射電磁波的能力用方向圖來(lái)表征，使用物理光學(xué)法求解天線的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取天線的電性能指標(biāo)；4)在步驟I)中所建天線模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再建立天線罩上的螺栓幾何模型，按五分之一波長(zhǎng)對(duì)該螺栓幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；5)根據(jù)步驟3)中求得的二維方向圖，確定在螺栓散射影響下天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的計(jì)算區(qū)域和離散精度，使用物理光學(xué)法求解該天線的三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并將計(jì)算結(jié)果輸出為Iv文件；6)根據(jù)天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立天線罩幾何模型，按二倍波長(zhǎng)對(duì)該天線罩幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；7)以步驟5)中求得的天線三維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值作為激勵(lì)，使用幾何光學(xué)法求解天線加罩后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取帶罩天線的電性能指標(biāo)；8)對(duì)比步驟3)和步驟7)中得到的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖和電性能指標(biāo)，分別求出天線加罩后的電性能變化值，即增益損失值、副瓣電平升高值和主瓣寬度變化值；9)根據(jù)天線設(shè)計(jì)的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預(yù)設(shè)要求， 如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并重復(fù)步驟(4)到步驟(9)，直至結(jié)果滿足要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)的天線罩電性能預(yù)測(cè)方法。主要解決現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算量大、建模不準(zhǔn)確的問(wèn)題。其技術(shù)方案是在電磁分析軟件中建立天線模型、饋源模型或以文件形式給出的饋源遠(yuǎn)場(chǎng)；求解該饋源激勵(lì)下的天線二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取電性能指標(biāo)；建立螺栓模型，求解螺栓影響下的三維遠(yuǎn)場(chǎng)；建立天線罩模型，求解三維遠(yuǎn)場(chǎng)激勵(lì)下的二維遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)值，繪制方向圖并提取電性能指標(biāo)；對(duì)比加罩前后的二維方向圖和電性能指標(biāo)；若結(jié)果滿足要求，輸出加罩前后的二維方向圖、電性能變化值和結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則，修改天線罩模型，并重復(fù)上述分析過(guò)程，直至結(jié)果滿足要求。本發(fā)明能在合理控制計(jì)算量的同時(shí)，比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出電大尺寸天線罩的電性能。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102590656SQ20121000949
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月3日
發(fā)明者仇原鷹, 張錦, 李鵬, 段寶巖, 王猛, 許萬(wàn)業(yè), 鄧?yán)? 陳瑞 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)