一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法与流程

本发明涉及电磁兼容领域，尤其涉及一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法。

背景技术：

1、随着电子、半导体和集成电路等技术的进步，电子设备的成本不断下降。有源相控阵天线的核心组件-收发组件成本也大幅降低，为有源相控阵天线的广泛使用奠定了条件。在同一个位置布置多部相控阵天线时，天线间的电磁耦合会产生电磁干扰。这时需要优化布局，降低电磁干扰，从而保证设备的性能。优化布局的前提是获取天线间的电磁耦合数据，可以通过试验获取，也可以通过仿真获取。

2、获得相控阵天线间的电磁耦合主要通过二种方式获取：(1)试验法；(2)计算法。试验法周期长，费用高，消耗资源多。计算法具有相反的特点：周期短，费用低，能在设计的早期获得耦合结果，用于指导布置。但计算法算法较复杂，设计难度高。

3、将阵面内嵌式布置于平面结构内侧，具有多方面的优势：(1)防护性好，寿命长；(2)外形美观。内嵌式布置已成为主流布置方式，被越来越多地选用。

4、内嵌式共面布置的相控阵天线是一种典型的布置形式，这种布置下的电磁耦合计算构成了工程上的一项基本问题。目前针对这一问题的常规计算方法是全波法，即对多个阵列天线及其安装平台进行全波网格剖分，带来的问题是超大规模的计算量，对计算机要求甚高，计算时间超长。另外，即使采用了理论上精确的全波法，也要做各种近似才能进行计算，这会影响计算精度。本发明对这一问题给出了解决方案，采用高频绕射的方法，可以加快求解的速度、避免全波法的缺陷。同时又具有较高的精度，因为高频绕射法有较精确的科学理论基础。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，该方法包括以下步骤：

4、步骤1、将内嵌式阵面的阵元天线视为多个端口，将发射阵面与接收阵面间的耦合归结到发射端口与接收端口间的耦合；

5、步骤2、用互阻抗作为发射端口与接收端口间的耦合强度的量度；耦合越强，则互阻抗越大；耦合越弱，则互阻抗越小；

6、步骤3、根据阵面的几何结构，采用二次绕射方法，电磁场从发射阵面的阵元天线到达接收阵面的阵元天线，采用计算电磁学中的绕射法计算电场；并通过法向切割法，确定发射阵面的源点到接收阵面的目标点之间的二次绕射路径；

7、步骤4、根据目标点在内嵌腔中的镜像点，采用镜像法求解源点到目标点之间的另一条绕射路径，并确定二次绕射的两个绕射点；

8、步骤5、根据两条绕射路径和两个绕射点，求解两个阵面之间的互阻抗矩阵；

9、步骤6、求解发射阵面的电流矩阵，并结合互阻抗矩阵，求得接收阵面的干扰电压值。

10、进一步地，本发明的该方法中：两个内嵌式阵面分布于同一平面上，内嵌式阵面形成内嵌腔，内嵌腔中容纳多个阵元天线，两个内嵌式阵面上的阵元天线通过空间电磁传播产生电磁耦合，从而使阵元天线产生相互干扰。

11、进一步地，本发明的步骤1中的方法包括：

12、发射阵面a共有m个阵元天线，等价为m个端口，ai为第i个端口，i＝1,2,...,m，ia、ua分别为端口电流、端口电压矩阵：

13、

14、

15、接收阵面b共有n个阵元天线，等价为n个端口，bj为第j个端口，j＝1,2,…,n，ib、ub分别为阵面b端口电流、端口电压矩阵：

16、

17、

18、其中，t表示转置。

19、进一步地，本发明的步骤2中的方法包括：

20、互阻抗定义为：

21、

22、其中，zuv为端口u和v的互阻抗，iu、iv分别为u、v的端口电流，eu为阵元u入射电场，为阵元v的表明电流密度，ds为端口v的微分面积；

23、阵面a、b的耦合用互阻抗矩阵zab表示：

24、

25、其中，为ai、bj的互阻抗，i＝1,…,m；j＝1,...,n。

26、进一步地，本发明的步骤3中的方法包括：

27、确定发射阵面的源点p、接收阵面的目标点n、平面的法向方向l，三者形成一平面ω，平面ω与发射阵面、接收阵面的交点分别为q、m，交线pqmn即为二次绕射路径。

28、进一步地，本发明的步骤4中的方法包括：

29、目标点n在内嵌腔底面形成镜像点n’，线段mn′与内嵌腔底面交点s为反射点；两条绕射路径分别为pqmn、pqmsn；当源点和目标点取不同点时，根据法向切割法和镜像法确定其绕射路径。

30、进一步地，本发明的步骤5中的方法包括：

31、根据阵元辐射场，及两条绕射路径和绕射点，采用绕射公式，求得入射到接收阵面阵元上的场；从而求得组合所有阵元的该值，获得zab。

32、进一步地，本发明的步骤6中的方法包括：

33、a、在计算电磁学软件中建立发射阵元电磁模型；

34、b、用阵元天线的功率激励模型端口，求得阵元电流阵元电流组合后，获得ia；

35、c、根据公式：ub＝zabia；代入zab和ia，获得接收阵面的ub，从而求得干扰电压值。

36、本发明产生的有益效果是：本发明能实现对内嵌式平面阵列天线间电磁耦合的快速、精确计算；本发明采用高频绕射的方法，可以加快求解的速度、避免全波法的缺陷；同时本发明提出的算法并行性好，利于编程实现；算法结合了全波和高频近似法，既有较高精度，又有较好的计算效率。

技术特征：

1.一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，该方法中：两个内嵌式阵面分布于同一平面上，内嵌式阵面形成内嵌腔，内嵌腔中容纳多个阵元天线，两个内嵌式阵面上的阵元天线通过空间电磁传播产生电磁耦合，从而使阵元天线产生相互干扰。

3.根据权利要求1所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤1中的方法包括：

4.根据权利要求3所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤2中的方法包括：

5.根据权利要求1所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤3中的方法包括：

6.根据权利要求5所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤4中的方法包括：

7.根据权利要求4所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤5中的方法包括：

8.根据权利要求7所述的内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，其特征在于，步骤6中的方法包括：

技术总结
本发明公开了一种内嵌式平面阵列天线间电磁耦合计算方法，该方法包括以下步骤：将内嵌式阵面的阵元天线视为多个端口，将发射阵面与接收阵面间的耦合归结到发射端口与接收端口间的耦合；用互阻抗作为发射端口与接收端口间的耦合强度的量度；采用计算电磁学中的绕射法计算电场；并通过法向切割法，确定发射阵面的源点到接收阵面的目标点之间的二次绕射路径；采用镜像法求解源点到目标点之间的另一条绕射路径，并确定二次绕射的两个绕射点；求解两个阵面之间的互阻抗矩阵；求解接收阵面的干扰电压值。本发明提出的算法并行性好，利于编程实现；提出的算法结合了全波和高频近似法，既有较高精度，又有较好的计算效率。

技术研发人员：王春,黎梦雪,李仁杰,吴为军,曾宪亮
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14