一种复合材料天线罩远场方向图区间分析的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种复合材料天线罩远场方向图区间分析；其特征是：至少包括如下步骤：第一步，确定复合材料天线罩材料厚度的误差区间；第二步，引入变量：X＝cos(Vd),Y＝sin(Vd)，计算变量X和Y的上下边界分别为；第三步，计算传输复数矩阵的区间上下边界；第四步，计算系数的区间上下边界；第六步，计算单个单元的系数Fi(θ,φ)＝TMiEi(θ,φ)的区间上下边界；第七步，计算全部单元系数的区间上下边界；第八步，计算功率方向图区间上下边界。本发明将区间分析应用于天线罩远场方向图的分析中，可在给定材料厚度误差区间的基础上，通过一次分析，即可得到对应的远场方向图区间，大大节省了分析时间和计算资源。
【专利说明】
-种复合材料天线罩远场方向图区间分析
技术领域
[0001] 本发明设及一种复合材料天线罩，特别是一种复合材料天线罩远场方向图区间分 析。 技术背景：
[0002] 天线罩被用于保护内部天线免收外部环境载荷的影响。复合材料是制造天线罩的 常用材料，尤其是地基和海基的大型雷达天线罩。复合材料在加工制备过程中，必然存在材 料厚度误差，运样的误差会直接影响天线罩的远场福射特性，如副瓣电平、增益损耗、波束 宽度、指向精度等，运些电性能均可W由远场方向图提取。传统的研究材料厚度对罩体电性 能影响的方法是基于统计的方法，由于材料厚度误差的分布具有很强的随机性，因此通常 需要进行大量的分析和计算，十分耗费时间和计算资源。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种可大大节省分析时间和计算资源的复合材料天线罩远 场方向图区间分析。
[0004] 本发明的目的是运样实现的，一种复合材料天线罩远场方向图区间分析，其特征 是:至少包括如下步骤：
[0005] 第一步，确定复合材料天线罩材料厚度的误差区间：
[0006] dG[dinf;cTP]，角标inf和SUP分别表示区间的上下边界，d为包含误差的材料实际 厚度，do为理想设计厚度；
[0007] 第二步，引入变量:X = cos(Vd) ,Y = Sin(Vd)，计算变量X和Y的上下边界分别为： [000引
123
第S步，计算传输复数矩阵Ij! 3的区间上下边界： 2 3 (2)
[0012] (3)
[0013] ，丫为罩体表面入射角， ￡/，tanS分别为材料的介电常数和磁损耗正切，A为波长，下角标H和V分别表示电磁波的水 平和垂直极化分量，Im表示取复数的虚部；
[0014] 第四巧，计貸系敬Th/v的区间K下巧巧，
[0018]表示取复数的实部；
[0019]第五步，计算透射系数Tm的区间上下边界，
[0020] (5)
[0021] 立移，上式中，Th, Tv的区间上下边 界已经在第S步得到，其余变量均不是区间数，可W直接计算。将上式和Th，Tv的边界带入MATLAB 的工具箱INTLAB数值计算得到透射系数实部和虚部区间上下測巧广，仍r.价广，怖r:
[0022] 第六步，计算单个单元的系数Fi(0, d) )=TmiEi(0，d))的区间上下边界，其中
下标i表示天线罩口径场离散后的第i个单元，A Si表示该单元 的面积，E(0, d))是远场某点的场值，fs(P，4 )和&(/1句是罩内天线口径场S的幅度和相位分 布函数，P，4，0是球坐标下的半径、方位角和俯仰角，参见图2;
[0023] (6)
[0024]
[0025]
[00%] N是天线罩口径场离散单元的数量；
[0027]第八步，计算功率方向图区间上下边界P(0，cl)')=|F(0，(l)')|2=|FRe|2+|Fim| 2， [002引其上边界为：ps叩（目，d) )= I (FRe)SUP I 2+ I (Flm)SUP I 2，
[0029] 当0臣三(巧m)站时，下边界为pinf(目，4 )二I (FRe)Inf |2
[0030] 当 Oe 玄三巧Re)i 证时，下边界为 pinf(目，d) )= I (Flm)inf |2
[003。当0居完(巧呼f且0 € 时，下边界为pinf (目，4 )二0
[00创其余情况下，其下边界为:pinf (目，d) ) = I (FRe)Inf I 2+ I (Flm)inf I 2。
[0033] 本发明的优点是:本发明将区间分析应用于天线罩远场方向图的分析中，可在给 定材料厚度误差区间的基础上，通过一次分析，即可得到对应的远场方向图区间，大大节省 了分析时间和计算资源。
【附图说明】
[0034] 下面结合实施例附图对本发明用祥细说明：
[0035] 图1是天线罩材料厚度不意图；
[0036] 图2是天线罩及内部天线口径场示意图；
[0037] 图3是算例天线罩和夹层结构示意图；
[0038] 图4是存在厚度误差区间的位置大小示意图；
[0039] 图5是不同面积的厚度误差区间的远场方向图；
[0040] 图6是不同厚度误差区间的远场方向图。
【具体实施方式】
[0041 ]如图1所示，一种复合材料天线罩远场方向图区间分析，其特征是:至少包括如下 步骤：
[0042] 第一步，确定材料厚度的误差区间，dG[dinf;cTP]，角标inf和SUP分别表示区间的 上下边界，d为包含误差的材料实际厚度，do为理想设计厚度；
[0043] 第二步，引入变量= X = COS(Vd) ,Y = Sin(Vd),计算变量X和Y的上下边界分别为：
[0044] (])
[0045] 第S步，计算传输复数矩阵的区间上下边界[[式某化I：。)，其中 [0046；
[0047； (3)
[0048； 丫为罩体表面入射角， ￡/，tanS分别为材料的介电常数和磁损耗正切，A为波长，下角标H和V分别表示电磁波的水 平和垂直巧化A畳，Tm夫元巧官掛的虑部，i为官掛虑部符号，
[0049]
[(K)加]
[0化1 ]
[0化2] )s叩=ma
[0化3]
[0化4] 笛书击J+宵诱制?态狱Tm的反巧h下巧巧.
[0055]
(5)
[0056] 其中
川为插入相位移，上式中，Th, Tv的区间上 下边界已经在第=步得到，其余变量均不是区间数，可W直接计算。将上式和Th Jv的边界带 入商业软件MATLAB(版本号R2009a)的工具箱INTLAB(版本号5.5)数值计算得到透射系数实 部和虚部区间上下边(皆r，(巧r，(货；T，(皆r。
[0057] 第六步，参见下图，计算单个单元的系数Fi(0，d))=TMiEi(0，(l))的区间上下边界， 其中马你汾=為批糾^^心心*>心,:，下标1表示天线罩口径场离散后的第1个单元，A 3康示该 单元的面积，E(0，d))是远场某点的场值，fs(P，& )和是罩内天线口径场S的幅度和相 位分布函数，P, 4，0的含义；
[005引
（6)
[0化9 ] 笛木击.if當全部单元焉数的区间上下边界；
[0060]
(J)
[0061] N是天线罩口径场离散单元的数量；
[0062] 第八步，计算功率方向图区间上下边界P(0，cl)')=|F(0，(l)')|2=|FRe|2+|Fim| 2，
[0063] 其上边界为：ps叩（目，d) )= I (FRe)SUP I 2+ I (Flm)SUP I 2，
[0064] 当 0 E V三(巧也f f时，下边界为pinf (目，d) ) = I (FRe)Inf I 2
[0065] 当 二(ifeff 时，下边界为 pinf(目，4 )二 I (plm)inf|2
[0066]当0 e艺二1(巧。广且0巨玄三(ife广时，下边界知inf(目，4 )二0
[0067] 其余情况下，其下边界为:pinf (目，d) ) = I (FRe)Inf I 2+ I (Flm)inf I 2。
[0068] 具体实施例1说明：
[0069] W某40m直径天线罩为例，如图3所示，内部天线口径场直径26m，A夹层结构，蒙皮 为玻璃钢材料，厚Imm，介电常数为4.2，磁损耗正切为0.026;内核为泡沫，厚50mm，介电常数 为1.15，磁损耗正切为0.0098，连接搭边部分为玻璃钢，厚度30mm;天线工作频率为5.7GHz， 口径场离散为21919个=角形单元，口径场是等相位分布：
[0070] 设设厚度误差发生在外层玻璃钢蒙皮上，其天线罩幅度分布函数为：
[0071]
[0072] 算例一：
[0073] 厚度误差区间面积的大小影响不同，参见图4。定义存在厚度区间的位置为(Xl = yl = 5m)，直径大小为dl = 0m,4m,6m,8m and 10m。厚度误差区间定为[dinf ;dsup] = [-0.02; 0.02 Jdskin。计算结果得到的方向图区间参见图5，。
[0074] 表1是图5相关电性能参数
[0075]
[0076] 可见，面积大的误差区间的方向图包含了面积小的误差区间方向图。
[0077] 具体实施例2说明：
[0078] 同样误差面积(dl = 6m)和位置(xl = yl = 5m)，不同厚度误差区间的影响也不同。 厚度误差区间分别设为：
[0079] [dinf;crP]=0，[0.98;1.02]mm，[0.95;1.05]mm，[0.92;1.08]mm，[0.88;1.12]mm， 计算结果得到的方向图区间参见图6,相关电性能参数参见表2。
[0080] 表2是图6中方向图的主要电性能参数
[0081]
[0082]可见，较大的误差区间的方向图包含了较小的误差区间方向图。
【主权项】
1. 一种复合材料天线罩远场方向图区间分析，其特征是:至少包括如下步骤： 第一步，确定复合材料天线罩材料厚度的误差区间： de[dinf;cTP]，角标inf和sup分别表示区间的上下边界，d为包含误差的材料实际厚 度，do为理想设计厚度； 第二步，引入变量:X = cos(Vd)，Y = sin(Vd)，计算变量X和Y的上下边界分别为：式中；ε = ε/ (l-j1：anS)，丫为罩体表面入射角，￡；/ ,tan δ分别为材料的介电常数和磁损耗正切，λ为波长，下角标Η和V分别表示电磁波的水平和垂 直极化分量，Im表示取复数的虚部，j为复数虚部符号； 第四步，计算系邀的区间上下边界，其中，δ = τ?Η-ην，η为插入相位移，上式中，Τη, Tv的区间上下边 界已经在第Ξ步得到，其余变量均不是区间数，可W直接计算;将上式和Τη，Tv的边界带入商 业软件14化48，版本号32009曰的工具箱1饥!^\8，版本号5.5的数值计算得到透射系数实部和 虚部区间上下边膊f，膊；r，牠 f，仍Γ : 第六步，计算单个单元的系数Fi(0，Φ )=Tm正1(0，Φ )的区间上下边界，其中 巧(0，約二居(/7，刮^^&11^^心,.，下标1表示天线罩口径场离散后的第1个单元，A 31表示该单元 的面积，Ε(θ, Φ )是远场某点的场值，fs(P，Φ )和别是罩内天线口径场S的幅度和相位分 布函数，P，Φ，θ是球坐标下的半径、方位角和俯仰角；Ν是天线罩口径场离散单元的数量；
【文档编号】H01Q25/00GK105977631SQ201610389644
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】李鹏, 许万业, 王从思, 段宝岩, 王伟, 宋立伟, 周金柱, 李娜
【申请人】西安电子科技大学