一种用于宽波束天线的天线罩优化方法与流程

本发明涉及天线，尤其涉及一种用于宽波束天线的天线罩优化方法。

背景技术：

1、天线罩是雷达设备的重要组成部分，一般位于天线舱体的最前端；在雷达设备工作过程中天线罩承受严苛的力、热环境，确保罩内的天线等电子器件正常工作。同时，天线罩还是探测系统的重要组成部分，在探测系统工作过程中天线罩作为传输电磁波的通道，保证信号正常传输。

2、宽波束天线在军、民用电子设备中有着十分广泛的应用，其满足了系统对于宽视角探测的功能需求。用于宽波束天线的天线罩由于其外形特征以及天线波束能量分散的特点，会导致罩内天线的方向图的幅相分布发生明显的畸变，进而影响系统对天线探测性能的要求，因此改善宽波束天线带罩后的方向图性能至关重要。然而，现有的天线罩优化方法多是针对窄波束天线带罩后的透波率、瞄准线误差以及波束指向等电性能进行优化，较少涉及宽波束天线带罩后方向图的优化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于宽波束天线的天线罩优化方法，可以改善宽波束天线带罩后远场方向图的幅值和相位分布，有效解决目前宽波束天线带罩后方向图畸变严重的问题。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种用于宽波束天线的天线罩优化方法，包括：

4、根据天线的原型，构建所述天线的仿真模型；

5、根据预设参数构建初始天线罩的仿真模型；

6、在所述初始天线罩的仿真模型的上方设置初始矩形口径；

7、对所述天线和所述初始天线罩的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述初始矩形口径的幅度曲线和相位曲线；

8、根据第一优化目标函数、所述初始矩形口径的幅度曲线和相位曲线对所述初始矩形口径的参数进行调整，以得到优化后矩形口径；且所述初始矩形口径的参数包括所述初始矩形口径的长度、宽度和中心坐标；

9、将所述优化后矩形口径正投影至所述初始天线罩的仿真模型的表面，以将所述初始天线罩的仿真模型分为吸波区和透波区；且所述初始天线罩的仿真模型上位于投影内的区域为所述透波区，位于投影外的区域为所述吸波区；

10、在所述透波区填充透波材料以及在吸波区填充吸波材料，以得到优化后天线罩的仿真模型；以及

11、根据优化后天线罩的仿真模型制备天线罩。

12、可选的，执行在所述初始天线罩的仿真模型的上方设置初始矩形口径的步骤之前还包括：

13、对所述天线的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述天线的幅度曲线和相位曲线；

14、将所述天线的仿真模型与所述初始天线罩的仿真模型进行组合，以得到初始组合的仿真模型；且所述初始天线罩的仿真模型覆盖在所述天线的仿真模型的外侧；

15、对所述初始组合的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述初始组合的幅度曲线和相位曲线；

16、根据第二优化目标函数、所述天线的幅度曲线和相位曲线以及所述初始组合的幅度曲线和相位曲线计算所述初始组合的目标函数值；

17、判断所述初始组合的目标函数值是否满足第一预设条件；若不满足，则在所述初始天线罩的仿真模型的上方设置所述初始矩形口径。

18、可选的，对所述天线的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述天线的幅度曲线和相位曲线的步骤包括：

19、对所述天线的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述天线的e面远场方向图和h面远场方向图；

20、根据预设角度范围、以及所述天线的e面远场方向图和h面远场方向图两者中的一者，获取所述目标天线的幅度曲线和相位曲线。

21、可选的，对所述初始组合的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述初始组合的幅度曲线和相位曲线的步骤包括：

22、对所述初始组合的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述初始组合的e面远场方向图和h面远场方向图；

23、根据所述预设角度范围、以及所述初始组合的e面远场方向图和h面远场方向图两者中的一者，获取所述初始组合的幅度曲线和相位曲线。

24、可选的，对所述天线和所述初始天线罩的仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述初始矩形口径的幅度曲线和相位曲线的步骤包括：

25、提取所述天线的仿真模型对应的所述初始矩形口径上的第一电场和第一磁场，以计算带罩前所述初始矩形口径的第一e面远场方向图和第一h面远场方向图；

26、提取所述初始组合的仿真模型对应的所述初始矩形口径上的第二电场和第二磁场，以计算带罩后所述初始矩形口径的第二e面远场方向图和第二h面远场方向图；

27、根据所述预设角度范围、以及带罩前所述初始矩形口径的第一e面远场方向图和第一h面远场方向图两者中的一者，获取所述初始矩形口径的第一幅度曲线和第一相位曲线；

28、根据所述预设角度范围、以及带罩后所述初始矩形口径的第二e面远场方向图和第二h面远场方向图两者中的一者，获取所述初始矩形口径的第二幅度曲线和第二相位曲线。

29、可选的，根据第一优化目标函数、所述初始矩形口径的幅度曲线和相位曲线对所述初始矩形口径的参数进行调整，以得到优化后矩形口径的步骤包括：

30、根据所述第一优化目标函数、所述初始矩形口径的第一幅度曲线、第一相位曲线、第二幅度曲线和第二相位曲线计算所述初始矩形口径的目标函数值；

31、判断所述初始矩形口径的目标函数值是否满足第二预设条件；若不满足，调整所述初始矩形口径的长度、宽度和中心坐标，以得到满足所述第二预设条件的所述优化后矩形口径。

32、可选的，执行根据优化后天线罩的仿真模型制备天线罩的步骤之前还包括：

33、将所述天线的仿真模型与所述优化后天线罩的仿真模型进行组合，以得到优化组合的仿真模型；

34、对所述优化组合的电磁仿真模型进行电磁仿真计算，以得到所述优化组合的幅度曲线和相位曲线；

35、根据所述第二优化目标函数、所述天线的幅度曲线和相位曲线以及所述优化组合的幅度曲线和相位曲线计算所述优化组合的目标函数值；

36、判断所述优化组合的目标函数值是否满足所述第一预设条件；

37、若不满足，继续调整所述优化后矩形口径的长度、宽度和中心坐标，以使所述优化后矩形口径的目标函数值满足所述第二预设条件且所述优化组合的目标函数值满足所述第一预设条件。

38、可选的，所述第一优化目标函数的表达式如下：

39、

40、其中，δenearfield表示带罩前及带罩后矩形口径的辐射方向图在预设角度范围内幅度差的平均值；δpnearfield表示带罩前及带罩后矩形口径的辐射方向图在预设角度范围内相位差的平均值；eant_nearfield(θ)和pant_nearfield(θ)分别表示矩形口径的第一幅度曲线和第一相位曲线；eradome_nearfield(θ)和pradome_nearfield(θ)分别表示矩形口径的第二幅度曲线和第二相位曲线；n为预设角度范围内曲线采样点数目；

41、所述第二优化目标函数的表达式如下：

42、

43、其中，δe表示天线与对应组合的辐射方向图在预设角度范围幅度差的平均值；δp表示天线与对应组合的辐射方向图在预设角度范围的相位之差；eant(θ)和pant(θ)分别表示天线的幅度曲线和相位曲线；eradome(θ)和pradome(θ)分别表示对应的组合的幅度曲线和相位曲线；

44、可选的，所述第一预设条件为：δe≤δe和δp≤δp；所述第二预设条件为：δenearfield≤δe和δpnearfield≤δp。

45、可选的，所述用于宽波束天线的天线罩优化方法，执行根据优化后天线罩的仿真模型制备天线罩的步骤之前还包括：对所述吸波材料的介电常数和磁导率进行优化，以使优化后吸波材料的回波损耗参数在入射角范围内满足第三预设条件。

46、可选的，所述预设参数包括所述初始天线罩的长度、宽度、高度、厚度和材料，且所述初始天线罩的材料为透波材料。

47、本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

48、本发明提供的一种用于宽波束天线的天线罩优化方法，通过对天线罩进行吸波区和透波区的分区设计，显著地优化了预设角度范围内的天线方向图的幅度和相位分布，同时极大地抑制了天线的旁瓣和后瓣，避免视场外电磁能量对天线主瓣的影响，从而能够有效解决目前宽波束天线带罩后方向图畸变严重的问题。

49、本发明通过对宽波束天线带罩后的远、近场的提取和分析，对天线罩上方的矩形口径的尺寸进行优化，从而实现对天线罩的吸波区和透波区的分区设计，进而实现对天线罩的优化设计。

50、本发明可以依托matlab平台、电磁仿真软件feko以及cst实现对宽波束天线罩的快速优化设计，极大提高了设计效率；具有效率高，性能好，适应性强等特点。

51、本发明具有较强的扩展性，针对任意平板天线罩以及共形曲面天线罩，均可以实现宽波束天线罩电性能的优化。