一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法技术

本发明专利技术公开了一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，具体为：确定天线阵列中各天线坐标、各天线等效口面数据、天线罩的几何模型等参数；利用物理光学法计算得到各天线在罩外远区产生的电场幅值和相位；对天线阵列中任意天线单元，计算此天线单元的插入相位移；计算相位误差，即两两天线单元插入相位移的差值；计算天线阵列系统中任意两天线的相位误差的平均值，最后计算两天线相位误差与平均值的差值，即天线罩的相位不一致性，用于衡量天线罩对天线阵列电性能的影响程度。与现有技术相比，本方法具有不需要了解天线罩内部天线阵列的工作模式及辐射特性；减小计算的复杂性和工作量；利于特殊系统的要求等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，属于雷达天线

技术介绍
天线罩内布置的天线阵列，可用于实现测向、定位与跟踪等功能。例如安装在飞机上的侦察系统，能够不受地形条件的限制在大范围空间内进行侦察，其作用距离远，且能够获取更多的通信信号并实现对地面信号源目标的准确定位，在军事和民用领域应用十分广泛。为了适应飞机气动性能的要求，同时天线系统免受高温、静电等恶劣环境的影响，天线系统的外部要使用天线罩进行保护。在天线系统中减小天线罩对其内部天线阵列的影响，对保证天线系统的正常工作有着非常重要的意义。天线罩内布置的天线阵列采用干涉仪方法测向是利用不同的天线接收到相位的差值来计算来波方向。由于天线罩是由复合材料制作，罩体的厚度存在不均匀性，会给测向定位天线阵中不同的天线相位带来附加的相位误差，会对测向结果带来一定的影响，甚至会导致无法测向。减小天线罩的影响，对保证天线系统正常工作有很重要的意义。通过计算因天线罩的厚度所带来的相位误差对测向天线阵列的总体影响，对天线罩的设计和制作工艺提出指导建议，进而衡量天线罩设计的优劣，是十分重要的。现有的衡量天线罩对内部天线阵列的测向精度影响的方法，是通过对比天线阵列工作在有罩体和无罩体时所测试的相位值。但是该方法需要确定天线阵列的具体工作模式和辐射特性，这就增大了测试的复杂性和计算的工作量，同时无法满足对特殊的天线-天线罩系统的要求。
技术实现思路
>本专利技术所要解决的技术问题是提供一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，通过计算电性能参数，确定天线罩对内部天线阵列的测向性能影响。该方法可用于各种结构天线阵列-天线罩系统的测向性能进行预测和衡量。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，通过与测向性能具有正相关系的带天线罩天线阵列系统中两两天线的相位不一致性，来衡量天线罩影响内部天线阵列测向精度，具体为：步骤1，确定天线工作频率、各个天线口面场数据、天线阵列位置坐标、各天线水平及俯仰角度；步骤2，建立天线罩结构的几何模型，设置各层厚度及介电常数，并对天线罩模型进行网格剖分；步骤3，确定天线罩外远区场的观察位置，扫描角范围及扫描步长；步骤4，利用远场积分公式，计算天线阵列中各天线在罩外远区场产生的电场幅值和相位；步骤5，对天线阵列中任意天线，计算其带罩远区场电场相位和不带罩远区场电场相位的差值，作为该天线的插入相位移；步骤6，对天线阵列中任意两天线，计算两者插入相位移的差值，作为该两天线的相位误差；步骤7，根据步骤6中得到的相位误差，计算相位误差的平均值；对天线阵列中任意两天线，该两天线的相位误差与相位误差平均值的差值，即为带天线罩的天线阵列系统中两两天线的相位不一致性，从而以此衡量系统的测向精度。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤3中天线罩外的远区场，距开口面处的距离为r，其中，r>D2/λ，D为天线口面直径，λ为工作波长。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤1中确定天线口面场数据有两种方式：一种采用电磁仿真软件进行计算，另一种采用天线辐射公式直接进行口面场数据计算。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤2中使用CATIA软件建立天线罩结构的几何模型，并使用PATRAN软件对模型进行网格剖分。作为本专利技术的进一步优化方案，利用口面积分-表面积分方法计算天线阵列中各天线在罩外远区场产生的电场幅值和相位。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)若采用计算对比带罩和不带罩时天线阵列测向结果的方式，来衡量天线罩对天线阵列测向误差的影响，需要了解天线阵列的工作模式及辐射特性，然而根据工程经验已知可以直接采用相位不一致性来衡量天线罩对天线阵列测向精度的影响，且不需要了解天线罩内部天线阵列的工作模式及辐射特性；(2)减小了计算的复杂性和工作量。为衡量天线罩对天线阵列测向精度影响，现有的技术需要计算对比天线阵列带罩和不带罩时测向结果，该过程复杂且工作量大，而本方法直接使用相位不一致性衡量，过程简单且工作量小；(3)利于满足特殊系统的要求。如当天线阵列-天线罩系统属于保密系统的时候，无法提供天线的具体工作模式，则可直接使用相位不一致性概念即可衡量天线罩对天线阵列测向精度的影响。附图说明图1为本专利技术一种衡量天线罩对天线阵列测向精度影响的方法流程图。图2(a)为标准角锥喇叭天线口面电场模型。图2(b)为标准角锥喇叭天线口面磁场模型。图2(c)为标准角锥喇叭天线等效口面电场网格剖分后模型。图2(d)为标准角锥喇叭天线等效口面磁场网格剖分后模型。图3(a)为由CATIA建立的正切卵形天线罩模型。图3(b)为由PATRAN对正切卵形天线罩进行网格剖分后的模型。图4为多层介质的等效传输线模型。图5为计算天线罩某剖分块外电场和磁场的过程示意图。图6为天线罩及其内部天线阵列位置分布示意图。图7为本专利技术实施例1中采用的天线阵列排布示意图。图8为本专利技术实施例1中使用的正切卵形天线罩截面示意图。图9(a)为本专利技术实施例1中2GHz下两两天线对应的天线罩的相位不一致性结果。图9(b)为本专利技术实施例1中6GHz下两两天线对应的天线罩的相位不一致性结果。图9(c)为本专利技术实施例1中10GHz下两两天线对应的天线罩的相位不一致性结果。图10为本专利技术实施例2中采用的天线阵列排布示意图。图11(a)为本专利技术实施例2中0.8GHz频率下两两天线对应的相位不一致性结果。图11(b)为本专利技术实施例2中4GHz频率下两两天线对应的相位不一致性结果。图11(c)为本专利技术实施例2中6GHz频率下两两天线对应的相位不一致性结果。图12为本专利技术实施例2中各个频率点的测向误差值。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，本专利技术公开了一种衡量天线罩对天线阵列测向精度影响的方法，包括以下步骤：步骤1，确定天线工作频率、各个天线口面电场数据、天线阵列位置坐标、各天线水平及俯仰角度。步骤2，建立天线罩结构的几何模型、选取罩壁截面结构、确定各层厚度及各层介电常数及损耗角正切，并对天线罩模型进行网格剖分。步骤3，设置远区场(即离开口面处的距离r大于天线口面直径D的平方/工作波长λ，r>D2/λ)观察位置距离天线阵列中心的距离，扫描角范围及扫描步长。步骤4，利用口面积分-表面积分方法计算得到各天线单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，其特征在于，通过与测向性能具有正相关系的带天线罩天线阵列系统中两两天线的相位不一致性，来衡量天线罩影响内部天线阵列测向精度，具体为：步骤1，确定天线工作频率、各个天线口面场数据、天线阵列位置坐标、各天线水平及俯仰角度；步骤2，建立天线罩结构的几何模型，设置各层厚度及介电常数，并对天线罩模型进行网格剖分；步骤3，确定天线罩外远区场的观察位置，扫描角范围及扫描步长；步骤4，利用远场积分公式，计算天线阵列中各天线在罩外远区场产生的电场幅值和相位；步骤5，对天线阵列中任意天线，计算其带罩远区场电场相位和不带罩远区场电场相位的差值，作为该天线的插入相位移；步骤6，对天线阵列中任意两天线，计算两者插入相位移的差值，作为该两天线的相位误差；步骤7，根据步骤6中得到的相位误差，计算相位误差的平均值；对天线阵列中任意两天线，该两天线的相位误差与相位误差平均值的差值，即为带天线罩的天线阵列系统中两两天线的相位不一致性，从而以此衡量系统的测向精度。

【技术特征摘要】
1.一种衡量天线罩对天线阵列测向性能影响的方法，其特征在于，通过与测向性能具有
正相关系的带天线罩天线阵列系统中两两天线的相位不一致性，来衡量天线罩影响内部天线
阵列测向精度，具体为：
步骤1，确定天线工作频率、各个天线口面场数据、天线阵列位置坐标、各天线水平及俯
仰角度；
步骤2，建立天线罩结构的几何模型，设置各层厚度及介电常数，并对天线罩模型进行网
格剖分；
步骤3，确定天线罩外远区场的观察位置，扫描角范围及扫描步长；
步骤4，利用远场积分公式，计算天线阵列中各天线在罩外远区场产生的电场幅值和相位；
步骤5，对天线阵列中任意天线，计算其带罩远区场电场相位和不带罩远区场电场相位的
差值，作为该天线的插入相位移；
步骤6，对天线阵列中任意两天线，计算两者插入相位移的差值，作为该两天线的相位误
差；
步骤7，根据步骤6中得到的相位误差，计算相位误差的平均值；对天线阵列中任意两
天线，该两天线的相位误差与相位误差平均值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹群生，眭韵，王毅，李高生，明永晋，李豪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32