[發明專利]一種微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法

在審

• 申請號: 202110244909.1
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113032973A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 應小俊;鄧慶文;胡友建;沈思逸;徐志偉
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：天線陣列單元前向遠場場值數據電磁仿真：通過電磁仿真獲得微帶稀疏天線陣列的天線陣列單元在激勵下的X\Y\Z三個方向的前向遠場場值數據、增益以及天線陣列單元輻射效率；

步驟二：子陣列劃分和歸類：根據設計好的微帶稀疏天線陣列的布局，依次將鄰近的耦合強度大于1％的天線陣列單元劃分組成一個子陣列，并將結構相同的子陣列歸為一種子陣列類型。

步驟三：子陣列內部天線陣列單元的前向遠場場值數據電磁仿真：對步驟二中劃分得到的不同子陣列類型的內部天線陣列單元分別進行激勵，獲得各子陣列類型內部天線陣列單元各自的前向遠場場值數據。

步驟四：系統誤差計算：根據步驟一中獲得天線陣列單元的前向遠場場值數據，通過電磁場換算功率，結合天線輻射效率，計算出該天線陣列單元的前向增益，并與步驟一電磁仿真直接獲得的增益比對，得到系統誤差；

步驟五：微帶稀疏陣列前向增益計算：按照微帶稀疏天線陣列各個天線陣列單元的實際激勵，以及各個天線陣列單元的空間坐標，在步驟三中獲得的各子陣列類型的內部天線陣列單元各自前向遠場場值數據基礎上，進行實際激勵的幅度和相位的疊加，并采取電場矢量疊加的方式，獲得最終微帶稀疏天線陣列實際激勵下的前向總的遠場；采取電磁場與功率換算方式，結合天線陣列單元輻射效率以及步驟四中獲得的系統誤差修正，計算獲得微帶稀疏天線陣列的前向增益；

步驟六：微帶稀疏陣列后向增益計算：增大天線陣列單元中介質的長度，擴大金屬地面，通過電磁仿真獲得天線陣列單元的后向遠場場值數據；利用步驟五的方法，計算獲得微帶稀疏天線陣列的后向增益；

步驟七：微帶稀疏天線陣列全向增益合成：將步驟五和步驟六得到的前、后向增益進行整合，最終獲得微帶稀疏天線陣列的全向增益。

2.根據權利要求1所述的微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，其特征在于，X\Y\Z三個方向的遠場場值數據獲取方法具體為：采用1v電壓0°相位的激勵，電磁仿真獲得該電壓激勵下XYZ三個方向的遠場場值數據，其中，前向遠場場值數據仿真時俯仰角θ取值0°～90°，方位角取值0°～360°；后向遠場場值數據仿真時俯仰角θ取值90°～180°，方位角取值0°～360°。

3.根據權利要求1所述的微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，其特征在于，所述步驟二中，具體劃分方法為：將鄰近的中心間距小于1.2個電磁波波長的天線陣列單元劃分為一個子陣列。

4.根據權利要求1所述的微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，其特征在于，所述步驟四中系統誤差計算具體為：

首先計算前向遠場場值數據rE_T：

abs表示絕對值，分別表示X\Y\Z三個方向的前向遠場場值數據；

其次計算輻射強度U：

再計算平均輻射強度U_ave，并計算得到天線陣列單元增益Gain_c：

η為天線陣列單元輻射效率；

系統誤差為：

Δ_Gain＝Gain_c-Gain_o

Gain_o表示仿真得到的天線陣列單元增益。

5.根據權利要求1所述的微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，其特征在于，所述步驟五中，微帶稀疏天線陣列實際激勵下的前向總的遠場計算方法具體為：

其中，k表示天線陣列單元在微帶稀疏天線陣列中的序號，分別是X\Y\Z三個方向的前向總場值數據，L_xk、L_yk、L_zk分別是天線陣列單元在X\Y\Z三個方向的空間坐標；E_k和是第k個天線陣列單元實際激勵的幅度和相位，λ是電磁波波長。A_xMnk、A_yMnk、A_zMnk分別表示第k個天線陣列單元經子陣列劃分為M類子陣列內部的第n個天線陣列單元仿真遠場在X\Y\Z三個方向的歸一化幅度，表示第k個天線陣列單元經子陣列劃分為M類子陣列內部的第n個天線陣列單元仿真遠場在X\Y\Z三個方向的相位。