[發明專利]基于遠場的天線罩電性能預測方法

有效

• 申請號: 201210009491.7
• 申請日: 2012-01-03
• 公開（公告）號: CN102590656A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 李鵬;段寶巖;許萬業;仇原鷹;王猛;張錦;陳瑞;鄧坤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于雷達天線技術領域，具體是一種基于遠場的天線罩電性能預測方法，用來對工作頻率GHz與天線口徑m之積大于100的電大尺寸帶罩天線系統的電性能進行預測。

技術背景

天線罩是保護天線免受自然環境影響的外殼，是由天然或人造電介質材料制成的覆蓋物，或是由桁架支撐的電介質殼體構成的特殊形狀的電磁明窗。設計優良的天線罩，除了具有保護性、傳導性、可靠性、隱蔽性和裝飾性等功能外，從經濟效益考慮，還可以延長整個系統各部分的使用壽命、降低壽命成本和操作成本、簡化設計、降低維修成本、保證天線表面和位置的精確度、給天線操作人員創造良好的工作環境。但是天線罩也會對理想天線的電磁輻射產生影響，使理想的天線電性能有所降低。天線罩設計是結構設計與電性能設計結合的復雜設計。

隨著我國航空、氣象及軍事技術的進步和軍事形勢的發展，進行遠程精密跟蹤測量雷達等高精度雷達和高增益天線的研究與制造已成為緊迫的任務。這些天線系統口徑可達到幾十米，工作頻段可達到C、X甚至Ka等高頻段。而特殊地理位置的自然環境對設備的影響較大，配備天線罩成為這些雷達、天線必不可少的要求，因此對電大尺寸天線罩的需求變得越來越迫切。

戎華在2010年的論文《關于天線罩電性能數值建模與仿真問題的探討》中采用了基于近場的平面波譜——表面積分法來預測天線罩電性能，該方法首先利用對輻射天線的積分確定入射于天線罩內表面上的近場，其次計算透過天線罩壁的外表面上的透射場，最后根據由沿罩外表面上的切線場分布，對天線罩外表面積分求得天線、天線罩綜合體的遠區輻射方向圖。該方法的不足是：對于電大尺寸帶罩天線由于其計算量過大，在實際應用中往往無法在要求的時間內得到結果，有時甚至現有設備根本無法計算。

張翼周在2004年的論文《對天線罩影響天線輻射性能的分析》中，利用復射線理論對天線、天線罩系統進行一體化分析，該方法首先利用復源點場對自由空間天線方向圖的和、差波瓣進行模擬，然后利用復射線近軸近似法和集合射線法逐個計算每一個復源點經過天線罩折射、反射后的場，最后通過各復源點模擬場進行加權迭加，從而得出天線及天線罩的和、差方向圖。應用該方法進行實際計算時，需要建立天線罩的具體模型，文中建立了一個光滑分層的天線罩模型來進行計算。由于該模型中沒有考慮天線罩分塊、搭邊以及天線罩上的螺栓，因而使用該方法得到的計算結果是不準確的。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于遠場的天線罩電性能預測方法，以減小計算時間，提高電性能預測精度。

為實現上述目的，本發明包括如下兩種技術方案：

技術方案1：

本發明基于遠場的天線罩電性能預測方法，其特征在于利用商用電磁分析軟件按如下步驟進行預測：

(1)根據拋物面天線的結構參數，建立天線的幾何模型，按五分之一波長對天線模型劃分網格；

(2)根據拋物面天線的結構參數，建立天線的饋源幾何模型，以該饋源模型作為激勵，在饋源的激勵下，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表征，使用物理光學法求解天線的二維遠場場值，繪制方向圖并提取天線的電性能指標；

(4)在步驟(1)中所建天線模型的基礎上，根據天線罩的結構參數，再建立天線罩上的螺栓幾何模型，按五分之一波長對該螺栓幾何模型進行網格劃分；

(5)根據步驟(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場方向圖的計算區域和離散精度，使用物理光學法求解該天線的三維遠場場值，繪制方向圖，并將計算結果輸出為一個文件；

(6)根據天線罩的結構參數，建立天線罩幾何模型，按二倍波長對該天線罩幾何模型進行網格劃分；

(7)以步驟(5)中求得的天線三維遠場場值作為激勵，使用幾何光學法求解天線加罩后的二維遠場場值，繪制方向圖并提取帶罩天線的電性能指標；

(8)對比步驟(3)和步驟(7)中得到的天線二維遠場方向圖和電性能指標，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)根據天線設計的電性能要求，判斷天線加罩后的電性能變化值是否滿足預設要求，如果滿足，則輸出天線加罩前后的二維遠場方向圖、天線加罩后的電性能變化值和天線罩的結構參數；否則，修改天線罩的結構參數，并重復步驟(4)到步驟(9)，直至結果滿足要求。

步驟(1)所述的建立天線的幾何模型，是根據天線口徑D和焦距f，在商用電磁分析軟件中建立一個拋物面，拋物面頂點取在坐標系原點處，天線口徑面與z軸垂直。