一种天线及fss系统的构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线及FSS系统设计领域，特别涉及一种天线及FSS系统的构建方法。
【背景技术】
[0002]频率选择表面(FSS)在天线工程中具有广泛的应用。实践中，天线与FSS通常作为两个独立部件分别设计，导致实际结果与设计结果出现误差，为了使得天线/FSS系统更接近技术指标要求，通常将天线阵与FSS天线罩进行一体化设计。虽然同时优化天线与FSS天线罩的参数虽然能取得最精确的结果，但会耗费巨大的计算资源。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种天线及FSS系统的构建方法，通过对比天线/FSS系统与原相控阵天线的增益方向图，确定FSS天线罩的尺寸，单元形式以及与天线之间的距离，进而在保证系统性能的前提下，减少了计算量，为了降低设计的复杂程度，提高了设计效率。
[0004]本发明提供了一种天线及FSS系统的构建方法，包括:
[0005]步骤1:令相控阵的各阵列单元分别在X轴和Y轴保持同相位:沿X轴正方向馈电相位步进为-φ，沿Y轴方向馈电相位步进为O ;
[0006]步骤2:在相控阵扫描角Θ = O的情况下，以副瓣电平低于_30dB为标准，根据切比雪夫阵列综合法得到各阵列单元的激励；
[0007]步骤3:通过改变各阵列单元沿X轴的相位步进-Φ，得到相控阵天线扫描角Θ变化时，相控阵天线在主平面的归一化增益方向图；
[0008]步骤4:设置FSS天线罩平行于相控阵所在的XOY平面；
[0009]步骤5:从常用FSS单元中选择具有陡峭衰减的传输系数曲线的FSS单元做为备选FSS单元；并基于无限周期条件确定备选FSS单元的结构参数，使得备选FSS单元的传输系数的谐振点与相控阵天线的工作频率相一致；
[0010]步骤6:基于相同尺寸aXb:在X轴方向排列a个单元，在Y轴方向排列b个单元；以及相同的与相控阵的距离h= λ，得到备选FSS单元构成的备选FSS天线罩；其中，根据需要确定a和b的值；
[0011]步骤7:获得备选FSS天线罩与相控阵天线所组成的备选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图；
[0012]步骤8:对比相控阵天线在主平面的归一化增益方向图和备选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图，确定对相控阵天线增益方向图影响最小的备选天线及FSS系统，从而确定FSS单元形式；
[0013]步骤9:基于确定的FSS单元形式，获得多种尺寸的FSS天线罩，并得到不同尺寸的FSS天线罩与相控阵天线所组成的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图；
[0014]步骤10:确定对相控阵天线增益方向图影响最小的天线及FSS系统，从而确定FSS天线罩的尺寸；
[0015]步骤11:基于确定的FSS单元形式和FSS天线罩尺寸，得到多种距离h下的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图；
[0016]步骤12:确定对相控阵天线增益方向图影响最小的距离h，从而将该距离作为FSS天线罩与相控阵的距离。
[0017]综上所述，本发明首先设计一个低副瓣的相控阵天线，通过仿真得出其辐射特性。然后将FSS天线罩与相控阵天线进行一体化建模仿真，通过对比天线/FSS系统与原相控阵天线的增益方向图，分析不同单元结构及尺寸的FSS天线罩对天线增益及副瓣电平产生的影响，并做出选择；以系统副瓣电平最低为目标，优化FSS天线罩与相控阵天线之间的距离，从而确定天线/FSS结构参数。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]本发明一实施例提供了一种天线及FSS系统的构建方法，包括:
[0020]步骤1:令相控阵的各阵列单元分别在X轴和Y轴保持同相位:沿X轴正方向馈电相位步进为- φ，沿Y轴方向馈电相位步进为O ;
[0021]步骤2:在相控阵扫描角Θ = O的情况下，以副瓣电平低于_30dB为标准，根据切比雪夫阵列综合法得到各阵列单元的激励；
[0022]步骤3:通过改变各阵列单元沿X轴的相位步进-Φ，得到相控阵天线扫描角Θ变化时，相控阵天线在主平面的归一化增益方向图；
[0023]步骤4:设置FSS天线罩平行于相控阵所在的XOY平面；
[0024]步骤5:从常用FSS单元中选择具有陡峭衰减的传输系数曲线的FSS单元做为备选FSS单元；并基于无限周期条件确定备选FSS单元的结构参数，使得备选FSS单元的传输系数的谐振点与相控阵天线的工作频率相一致；
[0025]步骤6:基于相同尺寸aXb:在X轴方向排列a个单元，在Y轴方向排列b个单元；以及相同的与相控阵的距离h= λ，得到备选FSS单元构成的备选FSS天线罩；其中，根据需要确定a和b的值；
[0026]步骤7:获得备选FSS天线罩与相控阵天线所组成的备选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图；
[0027]步骤8:对比相控阵天线在主平面的归一化增益方向图备和选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图，确定对相控阵天线增益方向图影响最小的备选天线及FSS系统，从而确定FSS单元形式；
[0028]步骤9:基于确定的FSS单元形式，获得多种尺寸的FSS天线罩，并得到不同尺寸的FSS天线罩与相控阵天线所组成的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图:
[0029]步骤10:确定对相控阵天线增益方向图影响最小的天线及FSS系统，从而确定FSS天线罩的尺寸；
[0030]步骤11:基于确定的FSS单元形式和FSS天线罩尺寸，得到多种距离h下的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图；
[0031]步骤12:确定对相控阵天线增益方向图影响最小的距离h，从而将该距离作为FSS天线罩与相控阵的距离。
[0032]综上所述，本发明首先设计一个低副瓣的相控阵天线，通过仿真得出其辐射特性。然后将FSS天线罩与相控阵天线进行一体化建模仿真，通过对比天线/FSS系统与原相控阵天线的增益方向图，分析不同单元结构及尺寸的FSS天线罩对天线增益及副瓣电平产生的影响，并做出选择；以系统副瓣电平最低为目标，优化FSS天线罩与相控阵天线之间的距离，从而确定天线/FSS结构参数。
[0033]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种天线及FSS系统的构建方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤1:令相控阵的各阵列单元分别在X轴和Y轴保持同相位:沿X轴正方向馈电相位步进为-φ，沿Y轴方向馈电相位步进为O ; 步骤2:在相控阵扫描角Θ =O的情况下，以副瓣电平低于-30dB为标准，根据切比雪夫阵列综合法得到各阵列单元的激励； 步骤3:得到相控阵扫描角Θ = O的情况下，相控阵天线在主平面的归一化增益方向图； 步骤4:设置FSS天线罩平行于相控阵所在的XOY平面； 步骤5:从常用FSS单元中选择具有陡峭衰减的传输系数曲线的FSS单元做为备选FSS单元；并基于无限周期条件确定备选FSS单元的结构参数，使得备选FSS单元的传输系数的谐振点与相控阵天线的工作频率相一致； 步骤6:基于相同尺寸aXb:在X轴方向排列a个单元，在Y轴方向排列b个单元；以及相同的与相控阵的距离h= λ，得到备选FSS单元构成的备选FSS天线罩；其中，根据需要确定a和b的值； 步骤7:获得备选FSS天线罩与相控阵天线所组成的备选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图； 步骤8:将备选天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图与步骤3得到的相控阵天线在主平面的归一化增益方向图进行对比，确定对相控阵天线增益方向图影响最小的备选天线及FSS系统，从而确定FSS单元形式； 步骤9:基于确定的FSS单元形式，获得多种尺寸的FSS天线罩，并得到不同尺寸的FSS天线罩与相控阵天线所组成的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图； 步骤10:将步骤9得到的归一化增益方向图与步骤3得到的归一化增益方向图进行对比，确定对相控阵天线增益方向图影响最小的天线及FSS系统，从而确定FSS天线罩的尺寸； 步骤11:基于确定的FSS单元形式和FSS天线罩尺寸，得到多种距离h下的天线及FSS系统在主平面的归一化增益方向图； 步骤12:将步骤11得到的归一化增益方向图与步骤3得到的归一化增益方向图进行对比，确定对相控阵天线增益方向图影响最小的距离h，从而将该距离作为FSS天线罩与相控阵的距离。
【专利摘要】本发明提供一种天线与FSS系统的构建方法，通过设计一个低副瓣的相控阵天线，通过仿真得出其辐射特性。然后将FSS天线罩与相控阵天线进行一体化建模仿真，通过对比天线/FSS系统与原相控阵天线的增益方向图，分析不同单元结构及尺寸的FSS天线罩对天线增益及副瓣电平产生的影响，并做出选择；以系统副瓣电平最低为目标，优化FSS天线罩与相控阵天线之间的距离，从而确定天线/FSS结构参数。本发明的方法在保证系统性能的前提下，减少了计算量，为了降低设计的复杂程度，提高了设计效率。
【IPC分类】H01Q1-42, H01Q21-00
【公开号】CN104716425
【申请号】CN201510154646
【发明人】黄琴
【申请人】宁波高新区宁源科技服务有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月30日