[發明專利]一種基于HFSS單元法的大型有限平面陣列分析方法

有效

• 申請號: 201610435389.1
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN107515956B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 韓玉兵;許露;盛衛星;馬曉峰;張仁李
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于HFSS單元法的有限平面陣列分析方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1，HFSS單元法分析：利用HFSS單元法建立無限陣列模型，并對主從邊界表面間相位差采樣，仿真得到一個完整周期結構內各采樣點的無限陣有源反射系數；

步驟2，耦合分析：對不同采樣點下的無限陣有源反射系數做傅立葉變換實現陣列的互耦分析，確定無限陣的耦合S參數；

步驟3，有源單元方向圖分析：根據有源單元方向圖與耦合S參數的關系，結合獨立陣元方向圖、有限陣的陣元位置、幅相信息確定有源單元方向圖；

步驟4，陣列方向圖綜合與修正：綜合有源單元方向圖，并對綜合結果進行修正最終得到綜合方向圖；

步驟1所述HFSS單元法分析，具體如下：

(1.1)利用HFSS單元法建立無限陣列模型：在電磁仿真軟件HFSS中對單個陣元建模，沿著陣列柵格方向加兩對主從邊界對強制場周期性實現平面陣列的無限陣模型；

(1.2)對兩個方向上的主從邊界表面間相位差p₁、p₂進行N*N點采樣，N表示采樣點數：

(1.3)采用MATLAB-HFSS聯合仿真的方法進行仿真得到一個完整周期結構內不同采樣點下的無限陣有源反射系數

2.根據權利要求1所述的基于HFSS單元法的有限平面陣列分析方法，其特征在于，步驟2所述耦合分析的具體過程如下：

對不同采樣點下的無限陣有源反射系數做二維傅立葉變換，得到無限陣的耦合S參數

其中，δ₁、δ₂分別表示沿著陣列柵格兩個方向上的相鄰陣元間的相位差，p、q分別表示沿著陣列柵格兩個方向上距離參考陣元的第p個陣元和第q個陣元，N表示采樣點數，其中

3.根據權利要求1所述的基于HFSS單元法的有限平面陣列分析方法，其特征在于，步驟3所述有源單元方向圖分析，具體如下：

對于一個M個陣元的有限大平面陣列，陣列中M個單元的激勵信號的場強為a_i，i＝1,2,…,M，考慮各天線單元之間的互耦影響，第k單元的反射信號場強b_k表示為：

式中，S_ki是反映第i單元對第k單元影響的互耦系數；第k單元的有源反射系數定義為則陣列中第k個陣元激勵而其它陣元接匹配負載時的有源單元方向圖如下：

E_k(θ,φ)＝I(θ,φ)(a_k+b_k)＝I(θ,φ)a_k(1+Γ_k)

其中，I(θ,φ)為地平面內一個獨立陣元的方向圖，E_k(θ,φ)為陣列中第k個陣元激勵而其它陣元接匹配負載時的有源單元方向圖，a_k為第k單元的激勵信號場強。

4.根據權利要求1所述的基于HFSS單元法的有限平面陣列分析方法，其特征在于，步驟4所述陣列方向圖綜合與修正，具體如下：

對于M個陣元的有限大平面陣列，絕對遠場方向圖F(θ,φ)如下：

F(θ,φ)＝cE(θ,φ)

其中c是方向圖綜合的修正因子，滿足公式：

其中，I(θ,φ)為地平面內一個獨立陣元的方向圖，E_k(θ,φ)為陣列中第k個陣元激勵而其它陣元接匹配負載時的有源單元方向圖，a_k為第k單元的激勵信號場強，b_k為第k單元的反射信號場強。