一种快速提取天线-罩系统电性能参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种快速提取天线-罩系统电性能参数的方法，属于雷达天线技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的发展，天线罩已经成为天线系统的重要组成部分。天线罩应满足 综合体电气指标、机械结构强度、抗候性能、使用寿命W及工艺制造成本等复杂的相互矛盾 的要求。
[0003] 现阶段天线罩理论计算分析主要分为解析方法、低频算法、高频算法。解析方法公 式推导繁琐复杂，对于非规则的复杂天线罩就很难或者无法得到准确的求解公式。低频算 法使用全波分析方法分析结构电磁特性，可W对任意结构形状进行有效分析，其精度高、计 算准确，但是运算量大，计算速度慢。目前雷达天线通常工作在较高频段，天线罩电尺寸大， 使用低频算法在短时间内更加难W完成，而高频算法能够在计算误差可接受范围内大大提 高计算速度。物理光学法又称为口面剖分-表面积分法，作为一种能够满足一定的精度要 求，又能够满足普通仿真需求的高频计算方法，被广泛应用于天线罩分析与设计中。
[0004] 许多电磁仿真软件可用于带罩天线性能计算，如CST、FEK0、HFSS等，但当天线罩尺 寸结构较大时存在内存消耗大，时间长等问题，且工作量大，例如改动某一项天线罩结构参 数便需要重新建模仿真计算。所W需要一款专用于天线-罩系统电性能预测的软件，用户根 据软件界面提示输入天线和天线罩参数，由软件实时完成成果展示并存储结果于指定文件 夹中。
[0005] 现有的分析天线-罩系统电性能参数方法由于没有完成系统的软件设计，存在W 下问题:天线口面不能任意选择，天线罩参数设置过程复杂，计算结果需要手动存储，计算 进度不可知。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供一种快速提取天线-罩系统电性能参数的方法。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用W下技术方案：
[000引本发明提供一种快速提取天线-罩系统电性能参数的方法，具体步骤如下：
[0009] 步骤1，确定天线口面场，设置天线工作频率，天线偏移天线罩中屯、的坐标，水平及 俯仰偏转角度；
[0010] 步骤2,确立天线罩3D几何模型，并对模型进行网格剖分;确定罩壁结构，并设置各 层介质电参数；
[0011] 步骤3,确定天线罩外远区场观察位置，扫描角范围及扫描步长；
[0012] 步骤4,利用剖分的天线口面场数据，根据近场福射公式，计算天线在天线罩内壁 的电场和磁场;利用等效传输线理论，计算电磁波在不同极化方式下传输系数;将天线罩内 壁电磁场分解成垂直极化和水平极化分量，利用对应传输系数得到天线罩外壁垂直极化和 水平极化下的电磁场，通过不同极化分量的矢量合成得到天线罩外表面电场和磁场的合成 场；
[0013] 步骤5,通过天线罩外表面积分和福射公式，得到有天线罩情况下，在观察方向上 的福射远场；
[0014] 步骤6,计算无罩时天线在观察方向上产生的福射远场;比较有罩和无罩时的远区 电场方向图，并提取不同扫描角下电性能参数。
[0015] 作为本发明的进一步优化方案，步骤2中使用CATIA软件建立天线罩3D几何模型， 并使用PATRAN软件对模型进行网格剖分。
[0016] 作为本发明的进一步优化方案，步骤3中天线罩外远区场，距开口面处的距离为r， 其中，r〉D2A，D为天线口面直径，λ为工作波长。
[0017] 作为本发明的进一步优化方案，步骤4中利用剖分的天线口面场数据，根据近场福 射公式，计算天线在天线罩内壁各剖分块上产生的电场和磁场，具体为：
[0020] 其中，k代表在如的空间距离内包含的波长数；;异表示r方向的单位矢量；5是口面 的法线方向即??Μ波的福射方向；若和孩分别代表天线口面上某点处的电场和磁场;μ代表 磁导率，ε代表介电常数;E(x'，y'，z'）和H(x'，y'，z'）分别代表天线在天线罩内壁某剖分块 中屯、点（x'，y'，z'）处产生的电场和磁场值;r代表天线口面中某个剖分块中屯、点到近场福 射点的距离。
[0021] 作为本发明的进一步优化方案，步骤1中还包括由FEK0或者HFSS软件建立天线的 模型。
[0022] 本发明采用W上技术方案与现有技术相比，具有W下技术效果：
[0023] (1)天线口面参数可W任意选择，天线罩参数设置过程简单，所有的参数设置都在 界面显示，方便用户使用；
[0024] (2)计算结果能够根据用户制定路径完成存储，无需进行繁琐的图像保存，且计算 过程中实时显示输出成果.
[0025] (3)在软件界面设计进度条，可W实时显示计算进度，便于用户了解计算情况。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明一种天线-罩系统电性能参数计算及成果显示的方法的流程图。
[0027] 图2(a)为标准角锥卿趴天线口面电场模型。
[00%]图2(b)为标准角锥卿趴天线口面磁场模型。
[0029] 图2(c)为标准角锥卿趴天线等效口面电场网格剖分后模型。
[0030] 图2(d)为标准角锥卿趴天线等效口面磁场网格剖分后模型。
[0031] 图3(a)为由CATIA建立的正切卵形天线罩模型。
[0032] 图3(b)为由PATRAN对正切卵形天线罩进行网格剖分后的模型。
[0033] 图4为多层介质的等效传输线模型。
[0034] 图5为计算天线罩某剖分块外电场和磁场的过程示意图。
[0035] 图6为本发明的软件实现流程。
[0036] 图7为本发明实施例中使用的正切卵形天线罩截面示意图。
[0037] 图8(a)为本发明实施例中得到的电性能参数结果一一方向图。
[0038] 图8(b)为本发明实施例中得到的电性能参数结果一一透波率。
[0039] 图8(c)为本发明实施例中得到的电性能参数结果一一插入相位移。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0041] 如图1所示，本发明公开了一种天线-罩系统电性能参数计算及成果显示的方法， 包括W下步骤：
[0042] 步骤1，确定天线口面场，设置天线工作频率，天线偏移天线罩中屯、的坐标，水平及 俯仰偏转角度；
[0043] 步骤2,确立天线罩3D几何模型，并对模型进行网格剖分;确定罩壁结构，并设置各 层介质电参数；
[0044] 步骤3,确定天线罩外远区场观察位置，扫描角范围及扫描步长；
[0045] 步骤4,利用剖分的天线口面场数据，根据近场福射公式，计算天线在天线罩内壁 的电场和磁场;利用等效传输线理论，计算电磁波在不同极化方式下传输系数;将天线罩内 壁电磁场分解成垂直极化和水平极化分量，利用对应传输系数得到天线罩外壁垂直极化和 水平极化下的电磁场，通过不同极化分量的矢量合成得到天线罩外表面电场和磁场的合成 场；
[0046] 步骤5,通过天线罩外表面积分和福射公式，得到有天线罩情况下，在观察方向上 的福射远场；
[0047] 步骤6,计算无罩时天线在观察方向上产生的福射远场;比较有罩和无罩时的远区 电场方向图，并提取不同扫描角下电性能参数。
[0048] 在上述步骤1中，选择天线类型，设置天线各项参数。如图2(a)至2(d)所示，该卿趴 天线模型由FEK0或者HFSS等商用软件建立，计算天线福射方向某块矩形或圆形口面的电场 和磁场数据，用于等效原天线。其他类型天线同理计算等效口面，所有天线的等效口面场数 据存储在天线库中供用户选择。用户完成口面场选择后，进行天线工作频率、天线偏移天线 罩中屯、的坐标、水平及俯仰偏转角度等参数设置。
[00例如图3(a)和3(b)所示，步骤2中使用CATIA软件建立天线罩3D模型，并使用PATRAN 软件对模型进行Ξ角网格剖分，将导出的网格数据存储于天线罩模型库中，供用户选择。将 罩壁蒙皮及忍层介质层数N，各层的相对介电常数Eu，j = l，. . .，N，各层的损耗角正切tanSj 和各层厚度山，j = l，...，N等信息W文本形式存储于罩壁结构库中，供用户直接选择，如表 1所示。
[0050]表1天线罩壁各层相对介电常数及厚度
[0化1 ]
[0052]~步骤4具体过程为:使用天线口面场数据，如图2(b)所示，再利用近场福射公式计 算天线等效口面在天线罩内壁各剖分块上产生的电场和磁场：
[0化3]
[0化5]其中，k代表在化的空间距离内包含的波长数；??；表示r方向的单位矢量；穿是口面 的法线方向即??Μ波的福射方向；复和度分别代表天线口面上某点处的电场和磁场;μ代表 磁导率，ε代表介电常数;E(x'，y'，z'）和H(x'，y'，z'）分别代表天线在天线罩内壁某剖分块 中屯、点（x'，y'，z'）处产生的电场和磁场值;r代表天线口面中某个剖分块中屯、点到近场福 射点的距离。
[0056] 设天线口面子分块中屯、点坐标为(x，y，0)，天线罩内壁分块中屯、点坐标为(x'，y'， Z'），则：
[0057]
(3)
[005引传输系数反映了频率、电磁波入射角及极化特性，无论哪种天线罩，都要求具有高 功率传输系数W及低功率反射系数。如图4所示，利用等效传输线理论计算电磁波在水平极 化和垂直极化方式下的传输系数，如下：
[0化9] 巧
[0060] 其中，Zo为自由空间的特征阻抗，对于水平极化，其特征阻抗为Z。=Z" COS6。，而对 于垂直极化特征阻抗为
e〇指电磁波入射到平板的入射角度;A、B、C、D为网络总 级联矩降