一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法和系统技术方案

一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法和系统，实现幅度相等双载波入射大口径网状天线无源互调分析评价。首先将大口径网状天线在载波中心频率处进行频域电磁场仿真，获得网状天线的表面功率密度分布，结合大口径网状天线与馈源的相对位置，载波入射方向与网状反射面法向的夹角区间。其次依据仿真结果进行金属网样本无源互调实验测量矩阵构建，利用金属网样本无源互调测量系统，实现测量矩阵对应金属网样本无源互调的测量。根据测量结果拟合出金属网无源互调与网状天线表面功率密度之间的函数关系。将大口径网状天线按功率密度划分为不同的区域，带入拟合函数，即可获得馈源端口处网状天线无源互调的功率密度。从而实现大口径网状天线无源互调功率密度的确定。

A semi physical method and system for determining the passive intermodulation power density of a large aperture mesh antenna

A semi physical determination method and system for passive intermodulation power density of large aperture mesh antenna is realized. The amplitude is equal to the double carrier incident large aperture mesh antenna passive intermodulation analysis and evaluation. First, the large aperture mesh antenna is simulated in the frequency domain electromagnetic field at the center frequency of the carrier, and the surface power density distribution of the mesh antenna is obtained. Combined with the relative position of the large aperture mesh antenna and the feed, the angle between the direction of the carrier incident and the mesh reflector is normal. Secondly, based on the simulation results, we construct the experimental matrix of the passive intermodulation of metal mesh sample, and use the passive intermodulation measurement system of metal net sample to measure the passive intermodulation of the metal matrix corresponding to the measurement matrix. The relationship between the passive intermodulation of the metal mesh and the surface power density of the mesh antenna is fitted according to the measurement results. The power density of large aperture mesh antenna can be divided into different regions according to the power density, and the power density of the passive intermodulation of the mesh antenna at the feed port can be obtained by introducing the fitting function. Thus the power density of the passive intermodulation of the large aperture mesh antenna is determined.

【技术实现步骤摘要】
一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法和系统
本专利技术涉及一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法和系统，属于天线无源互调领域。
技术介绍
无源互调(PIM,PassiveIntermodulation)是指是指在大功率条件下，当输入两个或者两个以上载波时，由于微波无源部件的非线性导致载波信号互相调制，产生载波频率的组合产物的现象。在收发共用的星载通信系统中，如果发射信号不同载波之间产生的交调产物落入接收频带，互调产物将和接收信号同时进入接收机，形成干扰，采用传统滤波和隔离的办法无法解决。这时，无源互调问题成为关系整个系统成败的关键问题之一。网状可展开天线由于其具有质量轻、天线收拢状态的体积小、天线展缩比大等特点，在空间应用中广泛使用。作为星载收发共用通信系统中的关键部件的网状可展开天线，其无源互调性能的优劣直接影响通信系统的性能。为确保系统的正常运行，必须对于网状天线无源互调性能进行评估。目前，大口径网状天线一般采用Harris公司所提出的样本估算法，即利用小尺寸的金属网样本，测量其无源互调电平，然后根据网状天线与样本之间口径面积之比以求和的方式估算出大口径网状天线的无源互调性能。然而，这样的计算方法，没有考虑网状天线表面功率密度的分布情况及入射角度的影响，对于网状天线口径幅度锥削较大时，其误差非常大，只适用于初步评估。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服目前大口径网状天线无源互调功率密度确定方法未考虑实际反射面上的功率分布情况，对于网状天线口径幅度锥削较大时，其误差非常大，无法实现大口径网状天线无源互调功率密度的精确确定的不足，本专利技术提供了一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法和系统，结合电磁仿真与金属网样本无源互调实验，既保证了结果的精确性，又实现了大口径网状天线无源互调功率密度确定的便利性，有效解决了大口径网状天线无源互调功率密度精确确定的难题。本专利技术的技术解决方案是：一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，步骤如下：(1)对于大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围；(2)离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点；(3)对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果；(4)拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系；(5)将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i；(6)在N*M个区域的每个区域中，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度。大口径网状天线是的大口径是指口径大于四倍电波长。入射角是指入射到大口径网状天线的信号与大口径网状天线的法向夹角。步骤(1)对大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围，具体如下：(1.1)预先给定大口径网状天线发射信号的载波频率下限和上限分别为f1和f2，(1.2)将载波频率f1和f2作为两个测试信号的载波频率，每路测试信号功率均为p，两个测试信号的互调频率为m、n均为非零正整数，且fp为正数；(1.3)在载波频段的中心频点以测试信号功率p，对大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围。步骤(2)离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点，具体如下：(2.1)将大口径网状天线反射面功率密度分布区间离散为N个状态，得到了N个反射面功率密度的采样点；(2.2)在步骤(1)得到的馈源入射角度范围内以Δ为间隔，将大口径网状天线馈源入射角度范围离散为为M个状态，得到了M个馈源入射角度的采样点；步骤(3)对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果，步骤如下：(3.1)将反射面功率密度采样点与馈源入射角度采样点构成金属网样本无源互调的测量矩阵；(3.2)根据测量矩阵对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果；步骤(4)拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系，具体如下：根据步骤(3)的无源互调测量结果，拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系PIM＝f(S,θ)，公式如下：PIM＝f(S,θ)＝c(θ)(a*S+b)(1)其中c(θ)为金属网对应入射角度系数，a、b为无源互调功率密度与载波功率密度的线性拟合参数，大口径网状天线反射面的功率密度S，馈源入射角度θ。步骤(5)将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i，具体如下：根据步骤(2)反射面功率密度的采样点和馈源入射角度的采样点，将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i，如下：式中，区域编号为i，第i个区域的区域面积为Areai，该区域的中心与馈源的相位中心距离为Ri，λPIM为无源互调信号的波长，Gt是馈源在在载波频段的中心频点的天线增益；Gp为单位面积正方形区域在互调频率fp点的辐射增益；步骤(6)在N*M个区域的每个区域中，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度，具体步骤如下：(6.1)在N*M个区域的每个区域中，根据步骤(4)得到的函数关系和步骤(5)得到的无源互调功率密度因子SRegion,i，得到每个区域在到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度，(6.2)将N*M个区域的无源互调功率密度相加，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度SPIM,feed。一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定系统，包括：电磁仿真模块、采样模块、无源互调测量模块、拟合模块、区域划分及无源互调功率密度因子确定模块、无源互调功率密度确定模块；电磁仿真模块，对于大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围，送到采样模块；采样模块，将离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点；无源互调测量模块，对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果；拟合模块，拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系；区域划分及无源互调功率密度因子确定模块，将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i；无源互调功率密度确定模块，在N*M个区域的每个区域中，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度。本专利技术与现有技术相比的有益效果为：(1)本专利技术提供了一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法。该方法针对大口径网状天线无源互调功率精确确定难题，通过电磁仿真与金属网样本无源互调实验结合的方式，既保证了大口径网状天线在照射电平幅度差异较大、入射角度影响较大时无源互调分析仿真精度，又避免了直接进行大口径网状天线无源互调实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于步骤如下：(1)对于大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围；(2)将步骤(1)的结果离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点；(3)根据步骤(2)反射面功率密度的采样点，对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果；(4)根据步骤(3)的无源互调测量结果，拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系；(5)根据步骤(2)反射面功率密度的采样点和馈源入射角度的采样点，将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i；(6)在N*M个区域的每个区域中，根据步骤(4)得到的函数关系和步骤(5)得到的无源互调功率密度因子SRegion,i，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度。

【技术特征摘要】
1.一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于步骤如下：(1)对于大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围；(2)将步骤(1)的结果离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点；(3)根据步骤(2)反射面功率密度的采样点，对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果；(4)根据步骤(3)的无源互调测量结果，拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系；(5)根据步骤(2)反射面功率密度的采样点和馈源入射角度的采样点，将大口径网状天线反射面划分为N*M个区域，确定每个区域在大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度因子SRegion,i；(6)在N*M个区域的每个区域中，根据步骤(4)得到的函数关系和步骤(5)得到的无源互调功率密度因子SRegion,i，得到大口径网状天线馈源处的无源互调功率密度。2.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：大口径网状天线是的大口径是指口径大于四倍电波长。3.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：入射角为入射到大口径网状天线的信号与大口径网状天线的法向夹角。4.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：步骤(1)对大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围，具体如下：(1.1)预先给定大口径网状天线发射信号的载波频率下限和上限分别为f1和f2，(1.2)将载波频率f1和f2作为两个测试信号的载波频率，每路测试信号功率均为p，两个测试信号的互调频率为m、n均为非零正整数，且fp为正数；(1.3)在载波频段的中心频点以测试信号功率p，对大口径网状天线进行电磁仿真，得到大口径网状天线反射面的功率密度分布及馈源入射角度范围。5.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：步骤(2)将步骤(1)的结果离散得到N个反射面功率密度的采样点和M个馈源入射角度的采样点，具体如下：(2.1)将大口径网状天线反射面功率密度分布区间离散为N个状态，得到了N个反射面功率密度的采样点；(2.2)在步骤(1)得到的馈源入射角度范围内以Δ为间隔，将大口径网状天线馈源入射角度范围离散为为M个状态，得到了M个馈源入射角度的采样点。6.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：步骤(3)根据步骤(2)反射面功率密度的采样点，对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果，步骤如下：(3.1)将反射面功率密度采样点与馈源入射角度采样点构成金属网样本无源互调的测量矩阵；(3.2)根据测量矩阵对大口径网状天线的金属网制作的金属网样本进行无源互调测量，得到无源互调测量结果。7.根据权利要求1所述的一种大口径网状天线无源互调功率密度的半物理确定方法，其特征在于：步骤(4)根据步骤(3)的无源互调测量结果，拟合出无源互调信号的功率密度PIM与大口径网状天线反射面的功率密度S以及馈源入射角度θ的函数关系，具体如下：根据步骤(3)的无源互...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鹤，崔万照，李军，李韵，胡天存，王新波，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61