超宽带天线匹配网络仿真方法、装置及超宽带天线与流程

1.本发明涉及通信技术领域，具体地涉及一种超宽带天线匹配网络仿真方法、一种超宽带天线匹配网络仿真装置和一种超宽带天线。


背景技术：

2.火星次表层探测雷达是火星环绕器上的重要载荷，能够实现环绕轨道火星次表层结构高分辨率探测，获取火星表层和次表层雷达回波数据，为深入研究火星地质结构提供科学依据。
3.超宽带天线系统是火星次表层探测雷达重要组成部分。通常，由超宽带发射天线和超宽带接收天线组成，环绕器在环绕轨道时，超宽带发射天线和超宽带接收天线通过各自的展开机构展开，雷达开机工作时，发射机将特定波形的信号送至超宽带发射天线向火星地面辐射电磁信号，并通过发射天线超宽带发射天线和超宽带接收天线同时接收回波信号，完成对火星次表层信息的探测。
4.然而，由于地面条件和所处环境所限，很难在地表模拟环绕轨道火星次表层结构高分辨率探测活动，尤其很难模拟超宽带天线的匹配网络在火星次表层探测中的运行状况。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种超宽带天线匹配网络仿真方法、装置及超宽带天线，设计了一种可搭载于火星次表层探测雷达的超宽带天线，模拟了在火星次表层探测中的超宽带天线的运行，并在模拟中成功实现了对短波和超短波频段的跨越。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种超宽带天线匹配网络仿真方法，应用于超宽带天线，所述方法包括：
7.将所述超宽带天线安装在环绕器上，所述环绕器用于表征模拟对火星次表层进行探测的探测环绕器；
8.将所述环绕器固定于测试平台上，调整所述测试平台的离地高度，所述测试平台用于为所述超宽带天线提供处于理想太空环境中、避免地面干扰的模拟环境；
9.利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数；
10.根据所述特性参数设计所述超宽带天线对应的匹配网络，所述匹配网络用于表征在所述模拟环境中的超宽带天线匹配网络。
11.具体的，所述超宽带天线包括第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第一反向巴伦以及第二反向巴伦，所述将所述超宽带天线安装在环绕器上，包括：
12.通过电缆将所述第一发射天线的端口、所述第二发射天线的端口分别与所述第一反向巴伦的两个子端口相连接；
13.通过电缆将所述第一反向巴伦的总端口与所述环绕器的雷达装置相连接；
14.通过电缆将所述第一接收天线的端口、所述第二接收天线的端口分别与所述第二反向巴伦的两个子端口相连接；
15.通过电缆将所述第二反向巴伦的总端口与所述环绕器的雷达装置相连接。
16.所述调整所述测试平台的离地高度，包括：
17.利用电磁仿真软件监测所述超宽带天线的性能，得到监测结果；
18.根据所述监测结果确定所述离地高度。
19.具体的，所述特性参数包括所述第一发射天线对应的阻抗和所述第二发射天线对应的阻抗，所述利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数，包括：
20.将所述矢量网络分析仪的两个端口分别与所述第一发射天线的馈电端口、所述第二发射天线的馈电端口相连接；
21.所述第一接收天线的馈电端口、所述第二接收天线的馈电端口分别外接负载电阻；
22.获取所述第一发射天线对应的阻抗和所述第二发射天线对应的阻抗。
23.具体的，所述特性参数包括所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗，所述利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数，包括：
24.将所述矢量网络分析仪的两个端口分别与所述第一接收天线的馈电端口、所述第二接收天线的馈电端口相连接；
25.所述第一发射天线的馈电端口、所述第二发射天线的馈电端口分别外接负载电阻；
26.获取所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗。
27.具体的，所述匹配网络包括所述第一发射天线对应的匹配网络、所述第二发射天线对应的匹配网络、所述第一接收天线对应的匹配网络和所述第二接收天线对应的匹配网络，所述根据所述特性参数设计所述超宽带天线对应的匹配网络，包括：
28.将所述特性参数导入所述电磁仿真软件，通过实频法设计获得所述第一发射天线对应的匹配网络、所述第二发射天线对应的匹配网络、所述第一接收天线对应的匹配网络和所述第二接收天线对应的匹配网络。
29.另一方面，本发明实施例提供一种超宽带天线匹配网络仿真设计装置，所述装置包括：
30.安装单元，用于将所述超宽带天线安装在环绕器上，所述环绕器用于表征模拟对火星次表层进行探测的探测环绕器；
31.测试平台调试单元，用于将所述环绕器固定于测试平台上，调整所述测试平台的离地高度，所述测试平台用于为所述超宽带天线提供处于理想太空环境中、避免地面干扰的模拟环境；
32.特性参数获取单元，用于利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数；
33.匹配网络设计单元，用于根据所述特性参数设计所述超宽带天线对应的匹配网络，所述匹配网络用于表征在所述模拟环境中的超宽带天线匹配网络。
34.再一方面，本发明实施例提供一种超宽带天线，包括第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第一反向巴伦以及第二反向巴伦，其特征在于，所述第一发射天线、所述第二发射天线、所述第一接收天线以及所述第二接收天线均为单极子天线，
所述第一发射天线和所述第二发射天线组合构成水平极化偶极子天线，所述第一接收天线和所述第二接收天线组合构成垂直极化偶极子天线。
35.具体的，所述第一发射天线、所述第二发射天线所在的平面与所述第一接收天线、所述第二接收天线所在的平面呈正交关系。
36.具体的，所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的夹角为220
°
。
37.本发明设计了一种可搭载于火星次表层探测雷达的超宽带天线，模拟了在火星次表层探测中的超宽带天线的运行，实现了对超宽带天线在自由空间中运行的模拟，避免了地面对于超宽带天线运行的干扰，同时在模拟中成功实现了对短波和超短波频段的跨越。
38.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
39.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
40.图1为本技术实施例的一种超宽带天线匹配网络仿真方法的流程示意图；
41.图2为本发明实施例提供的一种超宽带天线匹配网络仿真装置的一种结构示意图；
42.图3为本发明实施例提供的一种超宽带天线的结构示意图。
具体实施方式
43.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
44.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区分不同对象，而非用于描述特定顺序。同时，术语“包括”及其任何形式的变形，意图在于覆盖不排他的包含。
45.本技术实施例提供一种超宽带天线匹配网络仿真方法、装置和超宽带天线。
46.其中，该装置具体可以集成在计算机设备中，该电子设备可以为终端、服务器等设备。其中，终端可以为手机、平板电脑、智能蓝牙设备、笔记本电脑、或者个人电脑(personal computer，pc)等设备；服务器可以是单一服务器，也可以是由多个服务器组成的服务器集群。
47.在一些实施例中，该装置还可以集成在多个电子设备中，比如，所述装置可以集成在多个服务器中，由多个服务器来实现本技术的方法。
48.在一些实施例中，服务器也可以以终端的形式来实现。
49.以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的序号不作为对实施例优选顺序的限定。
50.实施例1
51.本发明实施例提供了一种超宽带天线匹配网络仿真方法，如图1，所述方法应用于超宽带天线，所述方法的具体流程包括步骤110至步骤140：
52.110、将所述超宽带天线安装在环绕器上，所述环绕器用于表征模拟对火星次表层进行探测的探测环绕器。
53.在本技术的一些实施例中，所述超宽带天线包括第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第一反向巴伦以及第二反向巴伦。
54.具体的，所述步骤110包括如步骤111至步骤114所示的过程：
55.111、通过电缆将所述第一发射天线的端口、所述第二发射天线的端口分别与所述第一反向巴伦的两个子端口相连接。
56.112、通过电缆将所述第一反向巴伦的总端口与所述环绕器的雷达装置相连接。
57.113、通过电缆将所述第一接收天线的端口、所述第二接收天线的端口分别与所述第二反向巴伦的两个子端口相连接。
58.114、通过电缆将所述第二反向巴伦的总端口与所述环绕器的雷达装置相连接。
59.120、将所述环绕器固定于测试平台上，调整所述测试平台的离地高度，所述测试平台用于为所述超宽带天线提供处于理想太空环境中、避免地面干扰的模拟环境。
60.在本技术的一些实施例中，所述测试平台采用木质材料，用于避免测试平台材质对超宽带天线运行数据的影响，以此来模拟自由空间环境，即所述理想太空环境。
61.具体的，步骤120包括如步骤121至步骤122所示的过程：
62.121、利用电磁仿真软件监测所述超宽带天线的性能，得到监测结果。
63.122、根据所述监测结果确定所述离地高度。
64.在本技术的一些实施例中，在一定数值之上的离地高度可以使得超宽带天线在运行中排除地面的干扰。
65.130、利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数。
66.矢量网络分析仪是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。
67.在本技术的一些实施例中，所述特性参数即为所述超宽带天线对应的阻抗。具体的，所述超宽带天线对应的阻抗包括所述第一发射天线对应的阻抗、所述第二发射天线对应的阻抗、所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗。
68.具体的，步骤130包括如下所示的步骤130a和步骤130b两种单独实施的具体实施过程，以此获得所述第一发射天线对应的阻抗、所述第二发射天线对应的阻抗、所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗：
69.130a、将所述矢量网络分析仪的两个端口分别与所述第一发射天线的馈电端口、所述第二发射天线的馈电端口相连接；所述第一接收天线的馈电端口、所述第二接收天线的馈电端口分别外接负载电阻；获取所述第一发射天线对应的阻抗和所述第二发射天线对应的阻抗。
70.具体的，通过步骤130a，获得所述第一发射天线对应的阻抗和所述第二发射天线对应的阻抗。
71.130b、将所述矢量网络分析仪的两个端口分别与所述第一接收天线的馈电端口、所述第二接收天线的馈电端口相连接；所述第一发射天线的馈电端口、所述第二发射天线的馈电端口分别外接负载电阻；获取所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗。
72.具体的，通过步骤130b，获得所述第一接收天线对应的阻抗和所述第二接收天线对应的阻抗。
73.所述步骤130a与所述步骤130b无法同时实施，实施顺序不分先后。
74.140、根据所述特性参数设计所述超宽带天线对应的匹配网络，所述匹配网络用于表征在所述模拟环境中的超宽带天线匹配网络。
75.在本技术的一些实施例中，所述匹配网络包括所述第一发射天线对应的匹配网络、所述第二发射天线对应的匹配网络、所述第一接收天线对应的匹配网络和所述第二接收天线对应的匹配网络。
76.具体的，将所述特性参数导入所述电磁仿真软件，通过实频法设计获得所述第一发射天线对应的匹配网络、所述第二发射天线对应的匹配网络、所述第一接收天线对应的匹配网络和所述第二接收天线对应的匹配网络。
77.所述电磁仿真软件包括feko和ads等商业软件。
78.所述实频法是一种实现任意负载与电阻性信号源之间的宽带匹配的方法，通常应用与微波电路及天线的阻抗匹配设计。
79.本实施例模拟了在火星次表层探测中的超宽带天线的运行，实现了对超宽带天线在自由空间中运行的模拟，避免了地面对于超宽带天线运行的干扰，同时在模拟中成功实现了对短波和超短波频段的跨越。
80.实施例2
81.本发明实施例与实施例1均属于同一发明构思，本发明实施例提供了一种待转注老井使用年限预估装置，如图2所示，所述装置包括：
82.安装单元201，用于将所述超宽带天线安装在环绕器上，所述环绕器用于表征模拟对火星次表层进行探测的探测环绕器；
83.测试平台调试单元202，用于将所述环绕器固定于测试平台上，调整所述测试平台的离地高度，所述测试平台用于为所述超宽带天线提供处于理想太空环境中、避免地面干扰的模拟环境；
84.特性参数获取单元203，用于利用矢量网络分析仪获取所述超宽带天线的特性参数；
85.匹配网络设计单元204，用于根据所述特性参数设计所述超宽带天线对应的匹配网络，所述匹配网络用于表征在所述模拟环境中的超宽带天线匹配网络。
86.具体实施时，以上各个单元可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
87.实施例3
88.本发明实施例与实施例1、2均属于同一发明构思，本发明实施例提供了一种超宽带天线，包括第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第一反向巴伦以及第二反向巴伦，其特征在于，所述第一发射天线、所述第二发射天线、所述第一接收天线以及所述第二接收天线均为单极子天线，所述第一发射天线和所述第二发射天线组合构成水平极化偶极子天线，所述第一接收天线和所述第二接收天线组合构成垂直极化偶极子天线。
89.所述第一发射天线、所述第二发射天线所在的平面与所述第一接收天线、所述第二接收天线所在的平面呈正交关系。
90.具体的，如图3所示，所述水平极化偶极子天线所在平面与所述垂直极化偶极子天线所在平面呈极化正交关系，使得所述水平极化偶极子天线与所述垂直极化偶极子天线之间具有极化隔离特性
91.如图3所示，所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的夹角为220
°
。
92.具体的，上述夹角的设置使得所述超宽带天线不影响航天器的推进器工作，并兼顾天线性能。
93.以上结合附图详细描述了一些本发明的实施例的可选实施方式，但是，实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
94.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
95.此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。