[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610435389.1
• 申請(qǐng)日: 2016-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN107515956B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓玉兵;許露;盛衛(wèi)星;馬曉峰;張仁李
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于HFSS單元法的大型有限平面陣列分析方法，包括以下步驟：HFSS單元法分析：利用HFSS單元法建立無限陣列模型，并對(duì)主從邊界表面間相位差采樣，仿真得到一個(gè)完整周期結(jié)構(gòu)內(nèi)各采樣點(diǎn)的無限陣有源反射系數(shù)；耦合分析：對(duì)不同采樣點(diǎn)下的無限陣有源反射系數(shù)做傅立葉變換實(shí)現(xiàn)陣列的互耦分析，確定無限陣的耦合S參數(shù)；有源單元方向圖分析：根據(jù)有源單元方向圖與耦合S參數(shù)的關(guān)系，結(jié)合獨(dú)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；陣列方向圖綜合與修正：綜合有源單元方向圖，并對(duì)綜合結(jié)果進(jìn)行修正最終得到綜合方向圖。本發(fā)明仿真速度快、精度高，支持各單元任意幅相激勵(lì)，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模平面陣列的互耦分析和方向圖綜合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列天線仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于HFSS單元法的大型有限平面陣列分析方法。

背景技術(shù)

陣列天線的準(zhǔn)確分析通常借助于矩量法、有限元法、時(shí)域有限差分等數(shù)值算法，然而受限于當(dāng)前計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的限制，一旦陣列規(guī)模過大，方向圖的綜合將難以實(shí)現(xiàn)，而基于這些算法的電磁仿真軟件，如HFSS、CST等，也將同樣無法實(shí)現(xiàn)全陣列建模與仿真。此時(shí)，對(duì)陣列方向圖的綜合分析，往往會(huì)直接利用經(jīng)典法的輻射方向圖乘積定理得到一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)果。但是，天線組陣后，各單元間會(huì)產(chǎn)生互耦；天線陣的邊緣也會(huì)存在場(chǎng)的繞射等邊緣效應(yīng)，這使得基于經(jīng)典法獲得的方向圖與真實(shí)情況下的方向圖存在較大差異，因此，尋找一種簡(jiǎn)單快捷而又精確的大型陣列分析的方法尤為重要。

基于簡(jiǎn)化分析過程的目的，科學(xué)家們就提出了無限陣列的概念。無限陣列就是假設(shè)中心陣元以相應(yīng)的布陣方式像四周無限擴(kuò)展，這樣無限陣列中每個(gè)陣元的位置關(guān)系完全相同。HFSS單元法就是一種基于無限陣概念的大型有限陣列分析方法該方法在對(duì)陣列建模時(shí)只包括一個(gè)天線單元，并根據(jù)組陣形式定義相應(yīng)的周期性邊界條件，可以用來模擬無限陣列，但是該方法不考慮二次耦合和邊緣效應(yīng)，仿真得到的綜合方向圖存在較大誤差；且不支持各單元任意幅相激勵(lì)，只能得到陣列綜合方向圖，無法獲取陣列耦合參數(shù)和單元輻射方向圖。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單快捷、精確度高的基于HFSS單元法的大型有限平面陣列分析方法，以實(shí)現(xiàn)大型有限的平面陣列的互耦分析和方向圖綜合。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下：一種基于HFSS單元法的大型有限平面陣列分析方法，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(duì)主從邊界表面間相位差采樣，仿真得到一個(gè)完整周期結(jié)構(gòu)內(nèi)各采樣點(diǎn)的無限陣有源反射系數(shù)；

步驟2，耦合分析：對(duì)不同采樣點(diǎn)下的無限陣有源反射系數(shù)做傅立葉變換實(shí)現(xiàn)陣列的互耦分析，確定無限陣的耦合S參數(shù)；

步驟3，有源單元方向圖分析：根據(jù)有源單元方向圖與耦合S參數(shù)的關(guān)系，結(jié)合獨(dú)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(duì)綜合結(jié)果進(jìn)行修正最終得到綜合方向圖。

進(jìn)一步地，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(duì)單個(gè)陣元建模，沿著陣列柵格方向加兩對(duì)主從邊界對(duì)強(qiáng)制場(chǎng)周期性實(shí)現(xiàn)平面陣列的無限陣模型；

(1.2)對(duì)兩個(gè)方向上的主從邊界表面間相位差p₁、p₂進(jìn)行N*N點(diǎn)采樣：

(1.3)采用MATLAB-HFSS聯(lián)合仿真的方法進(jìn)行仿真得到一個(gè)完整周期結(jié)構(gòu)內(nèi)不同采樣點(diǎn)下的無限陣有源反射系數(shù)

進(jìn)一步地，步驟2所述耦合分析的具體過程如下：