一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，包括以下步骤：制作实验样板；粗测实验样板的整体表面误差信息；确定样板的采样区域个数与位置；精测表面误差信息，提取误差数据；对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离；对各尺度的误差信息进行建模；将各尺度误差的数学模型进行整合；对所建立的表面误差模型的准确性进行验证，如果不符合误差精度指标，则重复前述步骤直至满足精度要求为止。本发明专利技术的有益之处在于：将天线表面的实测误差数据作为建模函数的数据来源，确保了数学模型的准确性；对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离，确保了建模过程的准确性；对三种尺度误差信息进行整合，确保了整体模型的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法
本专利技术涉及一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，具体涉及一种基于三尺度表面误差模型的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，属于天线

技术介绍
平板裂缝阵天线的辐射阵面误差是衡量评价整个天线结构质量的重要技术性能指标之一，它不仅直接影响天线的口面效率，还影响天线方向图的主瓣宽度和副瓣电平。现有的天线制造工艺水平和其工作环境使得阵面误差的产生不可避免，因此进行阵面误差对天线电性能影响关系的研究是必要的，而这一研究工作的基础便是对天线的阵面误差进行准确地描述。针对这一问题，在应用现有专业结构与电磁分析软件的传统分析方法中，多以周期函数或者随机函数来模拟天线阵面误差，存在建模函数不准确，计算边界条件过于理想化与工程实际严重不符，计算结果不准确无法指导工程实践等问题。对于平板裂缝阵天线阵面误差建模中所存在的上述问题，目前该研究领域相关学术论文和专利中主要采用的处理方法是：使用周期函数或者随机函数来模拟阵面误差，进而得到天线辐射缝的轴向位移，将此轴向位移的影响导入到天线辐射缝导纳的计算之中。这类方法的优点是：所使用函数数学结构简单清晰，便于后续计算，对于低频天线也能满足基本的电性能计算精度要求。缺点是：真实工程中天线辐射阵面误差同时包含有形状误差、装配误差与加工误差，这三种误差是分属于不同尺度的表面误差。三种尺度的误差产生机理不同，分布形式也迥异，特别是加工误差，既不符合周期特性又不符合随机特性，不能使用周期函数或者随机函数来描述。而对于高频天线，其副瓣电平是非常重要的一个电性能指标，而加工误差又是影响副瓣电平的一个重要结构因素，其影响不可忽视。其次，周期函数与随机函数所使用的参数均不是“固有参数”，与测量仪器的分辨率和取样长度有关，对于同一属性的表面，不具有唯一性。不同尺度的阵面误差对天线电性能的影响机理不同，而不同的工作频率，影响其电性能的主要误差尺度也是不同的，因此考虑阵面误差的多尺度性是有必要的。
技术实现思路
为解决现有建模技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种更加准确、效率更高的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，该建模方法将实测的天线表面误差数据作为建模函数的数据来源，基于多尺度表面误差模型，在建模过程中根据实测离散数据的功率频谱图确定建模函数的尺度数、根据天线的工作频率确定多尺度分形函数的尺度分界临界值。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作实验样板；(2)对实验样板的整体表面误差信息进行粗测；(3)根据采样定律与天线工作频率，确定样板的采样区域个数与位置；(4)对选取的采样区域内表面误差信息进行精测，提取误差数据；(5)对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离；(6)对大、中、小三种尺度的误差信息进行建模；(7)将大、中、小三种尺度误差的数学模型进行整合；(8)根据实测天线电性能与仿真天线电性能的对比，对所建立的表面误差模型的准确性进行验证，如果符合误差精度指标，则证明该建模方法足够准确，建模结束；如果不符合误差精度指标，则重复步骤(2)至步骤(7)，直至满足精度要求为止，建模结束。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(1)中，制作实验样板按如下步骤进行：(1a)选择与天线样件一致的合金原料，将合金原料熔铸成板坯；(1b)将板坯加热压制成薄板材，将薄板材放入模具中制成实验样板所需尺寸的面板雏形；(1c)对面板雏形进行加工，得到面板；(1d)在面板上加工辐射缝隙、镀膜，得到与所研究天线结构性能一致的实验用样板。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(2)中，对实验样板的整体表面误差信息进行粗测，按如下步骤进行：(2a)根据样板粗糙度量值选择轮廓测量仪的金属探头触针，前述触针的半径小于样板粗糙度均方根值的一半；(2b)按照x向和y向等间距测量路径均匀扫描样板，得到样板的误差数据。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(3)中，根据采样定律与天线工作频率确定样板的采样区域个数与位置按如下步骤进行：(3a)根据步骤(2b)得到的误差数据，确定采样区域个数为天线工作波长与误差均方根值比值的5倍；(3b)采样区域的位置选取为：从面板的中心向面板的四角划线，采样区域选择在连线上，根据采样区域个数从中心向外选取。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(4)中，对选取的采样区域内表面误差信息进行精测，提取误差数据按如下步骤进行：(4a)根据样板采样区域内的误差量值选择使用的表面轮廓测量仪的金属探头触针，前述触针的半径小于样板误差均方根值的一半；(4b)采样长度为20倍的天线波长，采样频率为表面误差最大幅值；(4c)按照x向和y向等间距测量路径均匀扫描样板，得到样板的误差数据。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(5)中，对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离按如下步骤进行：(5a)采用逐渐增大的结构元素对步骤(4)测得的数据进行两次开闭运算，首先采用结构元素SE1对图像进行开运算，滤除轮廓上方的尖峰，然后采用结构元素SE2对图像做闭运算，滤除轮廓下方的尖峰，再采用结构元素SE3对图像进行开运算，滤除轮廓上方的凸起，最后采用结构元素SE4对图像做闭运算，滤除轮廓下方的凹槽，得到表面误差的形状误差信息；(5b)用原始数据减去形状误差得到表面粗糙度数据，粗糙度数据中包含着粗加工纹理以及精加工纹理两种尺度成分；(5c)对表面粗糙度数据根据其灰度直方图分离出粗加工纹理和精加工纹理，大于灰度阀值的部分为精加工纹理，小于灰度阀值的部分为粗加工纹理，粗加工图像对应的精加工部分与精加工图像对应的粗加工部分都用平均高度代替，这样一幅图像就能分离成两幅带有不同特征的图像；(5d)按上述方法，将表面误差信息分为大、中、小三种尺度信息。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(6)中，对大、中、小三种尺度的误差信息进行建模按如下步骤进行：(6a)大尺度表面误差信息使用周期函数-三角波函数进行建模：(6b)中尺度表面误差信息使用随机函数-高斯函数进行建模：(6c)小尺度表面误差信息使用分形函数-一维W-M函数进行建模：前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(7)中，对大、中、小三种尺度误差的数学模型进行整合按如下步骤进行：以各尺度误差的均方根值与天线工作波长比的倒数为加权系数，对各尺度误差进行加权之后相加：f(x)＝δ1f1(x)+δ2f2(x)+δ3f3(x)其中，λ为天线工作波长，Ra3为小尺度表面误差的均方根值；Ra2为中尺度表面误差的均方根值；Ra1为大尺度表面误差的均方根值。前述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(8)中，对所建立的表面误差模型的准确性进行验证按如下步骤进行：(8a)将步骤(7)建立的天线阵面误差模型导入天线阵面，建立新的天线电磁分析模型，应用电磁分析软件HFSS11.0，设置辐射边界，激励，计算天线的电性能参数，得到天线的理论电性能参数，前述理论电性能参数为天线增益G与第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作实验样板；(2)对实验样板的整体表面误差信息进行粗测；(3)根据采样定律与天线工作频率，确定样板的采样区域个数与位置；(4)对选取的采样区域内表面误差信息进行精测，提取误差数据；(5)对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离；(6)对大、中、小三种尺度的误差信息进行建模；(7)将大、中、小三种尺度误差的数学模型进行整合；(8)根据实测天线电性能与仿真天线电性能的对比，对所建立的表面误差模型的准确性进行验证，如果符合误差精度指标，则证明该建模方法足够准确，建模结束；如果不符合误差精度指标，则重复步骤(2)至步骤(7)，直至满足精度要求为止，建模结束。

【技术特征摘要】
1.一种平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作实验样板；(2)对实验样板的整体表面误差信息进行粗测；(3)根据采样定律与天线工作频率，确定样板的采样区域个数与位置；(4)对选取的采样区域内表面误差信息进行精测，提取误差数据，具体按如下步骤进行：(4a)根据样板采样区域内的误差量值选择使用的表面轮廓测量仪的金属探头触针，所述触针的半径小于样板误差均方根值的一半；(4b)采样长度为20倍的天线波长，采样频率为表面误差最大幅值；(4c)按照x向和y向等间距测量路径均匀扫描样板，得到样板的误差数据；(5)对大、中、小三种尺度的误差信息进行分离，具体按如下步骤进行：(5a)采用逐渐增大的结构元素对步骤(4)测得的数据进行两次开闭运算，首先采用结构元素SE1对图像进行开运算，滤除轮廓上方的尖峰，然后采用结构元素SE2对图像做闭运算，滤除轮廓下方的尖峰，再采用结构元素SE3对图像进行开运算，滤除轮廓上方的凸起，最后采用结构元素SE4对图像做闭运算，滤除轮廓下方的凹槽，得到表面误差的形状误差信息；(5b)用原始数据减去形状误差得到表面粗糙度数据，粗糙度数据中包含着粗加工纹理以及精加工纹理两种尺度成分；(5c)对表面粗糙度数据根据其灰度直方图分离出粗加工纹理和精加工纹理，大于灰度阀值的部分为精加工纹理，小于灰度阀值的部分为粗加工纹理，粗加工图像对应的精加工部分与精加工图像对应的粗加工部分都用平均高度代替，这样一幅图像就能分离成两幅带有不同特征的图像；(5d)按上述方法，将表面误差信息分为大、中、小三种尺度信息；(6)对大、中、小三种尺度的误差信息进行建模；(7)将大、中、小三种尺度误差的数学模型进行整合；(8)根据实测天线电性能与仿真天线电性能的对比，对所建立的表面误差模型的准确性进行验证，如果符合误差精度指标，则证明该建模方法足够准确，建模结束；如果不符合误差精度指标，则重复步骤(2)至步骤(7)，直至满足精度要求为止，建模结束。2.根据权利要求1所述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(1)中，制作实验样板按如下步骤进行：(1a)选择与天线样件一致的合金原料，将合金原料熔铸成板坯；(1b)将板坯加热压制成薄板材，将薄板材放入模具中制成实验样板所需尺寸的面板雏形；(1c)对面板雏形进行加工，得到面板；(1d)在面板上加工辐射缝隙、镀膜，得到与所研究天线结构性能一致的实验用样板。3.根据权利要求1所述的平板裂缝阵天线辐射阵面误差的建模方法，其特征在于，在步骤(2)中，对实验样板的整体表面误差信息进行粗测，按如下步骤进行：(2a)根据样板粗糙度量值选择轮廓测量仪的金属探头触针，所述触针的半径小于样板粗糙度均方根值的一半；(2b)按照x...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，李素兰，唐兵，黄进，周金柱，宋立伟，李鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61