[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

本發明公開了一種微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法。該方法在單個天線陣列單元增益基礎上，通過劃分稀疏天線陣列的子陣列，考慮子陣列天線內部電磁耦合，并通過天線陣列前向區域與后向區域分開計算的方式，獲得微帶稀疏天線陣列的增益特性。本發明考慮了天線陣列陣元之間耦合對天線陣列增益的影響，具有較高的仿真精度；在單個天線陣列單元增益基礎上，通過數據處理來獲得整個陣列的增益特性，節省大量仿真時間，極大降低計算機資源耗費，具有快速與靈活特點，特別適合設計過程中對稀疏天線陣列增益性能的快速評估。

技術領域

本發明涉及微波電磁場技術中的天線技術領域，尤其涉及一種微帶稀疏天線陣列增益的快速計算方法。

背景技術

毫米波天線技術已經取得了長足的發展，已經廣泛應用于導航、定位、自動駕駛、5G、目標檢測等領域，深刻改變著人類社會的模式。當前，毫米波天線技術已經朝著更精密探測識別、更高頻段的方向不斷發展。然而高精度、高頻段的發展需求已經給毫米波天線設計帶來了巨大的挑戰，體現為：高精度毫米波天線要求以天線組陣的方式工作，才能形成更窄的波束寬度，這對天線的安裝口徑與安裝空間提出了更高的要求，傳統陣列往往導致設備體積龐大，功耗巨大，毫米波微帶稀疏陣列可以實現在有限的空間內設計出更大口徑的天線陣列，同時降低陣列天線的饋電復雜度；高頻毫米波天線的設計意味著更加龐大的仿真計算量，對計算機資源、仿真時間等都提出了更高的要求，特別是在設計過程中存在反復，對計算資源和周期是巨大的考驗。

對于W波段微帶稀疏天線陣列這種高頻天線，其陣列單元多、頻段高，帶來的巨量仿真計算是限制其進一步發展的重要因素。

發明內容

本發明針對W波段微帶稀疏天線陣列仿真設計計算量大，帶來設計周期長，計算資源耗費高的不足，提出將W波段微帶稀疏天線陣列進行子陣列劃分、前后向增益綜合計算的方法，考慮天線陣列單元之間的耦合，大大降低計算量并保證仿真的精度，從而快速獲得W波段微帶稀疏天線陣列的全向增益特性。

為了達到上述目的，本發明提供一種W波段微帶稀疏天線陣列增益快速計算方法，包含以下步驟：

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單元在特定激勵下的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，依次將鄰近的具有較強耦合效應(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前向遠場場值數據電磁仿真：

分別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進行激勵，獲得各子陣列類型內部天線陣列單元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，用于后續計算過程的系統誤差消除；

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。