一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法技术

本发明专利技术公开了一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法，属于天线技术领域。本发明专利技术所述方法主要包括以下步骤：构建倾斜偶极子天线阵列、求解单元偶极子的电场强度和电场分量、求解倾斜偶极子天线阵列的正交远场分量和轴比。本发明专利技术所述方法能够精确地导出倾斜偶极子在水平面上的辐射远场(包括幅度和方向)。同时，在进行直角坐标到球坐标的坐标变换以及天线单元的场求和之后，可以得到整个天线阵列的远场正交分量，从而自然地求得阵列轴比，为实际天线系统的设计提供了有力的理论指导，进一步丰富和发展了天线领域的相应理论与工程技术。术。术。

【技术实现步骤摘要】
一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法。

技术介绍

[0002]电磁波的极化可以分为圆极化、线极化和椭圆极化。众所周知，线极化天线的收发要求发射天线和接收天线位于同一个方向，否则信号将丢失。如果使用圆极化天线发射，线极化天线接收，则只要求接收天线的方向垂直于波的传播方向即可，接收天线可以在一个平面内任意旋转，这大大提升了信道的稳定性，尤其在空间飞行器通信、军事武器制导等空间位置瞬息万变的通信场景中，圆极化特征尤为重要。另一方面，根据天线的辐射方向图将天线划分为定向天线和全向天线两大类别。众多通信场景要求天线是全向辐射，即天线水平面呈360
°
均匀辐射并且竖直面上有一定波束宽度。目前全向天线已经广泛应用于移动通信、卫星通信以及空间飞行器等方面。
[0003]现有技术“一种宽带全向圆极化天线”公开了一种用四个垂直偶极子和四个水平偶极子代替四根沿圆周放置的倾斜偶极子的等效模型，基于该等效模型进一步设计宽带全向圆极化天线；然而计算和仿真的对比结果表明，该等效模型具有天然的系统误差，计算结果与仿真结果差异很大。
[0004]综上所述，为了设计出更具应用前景的宽带圆极化天线，更加精确地求解倾斜偶极子阵列的轴比的方法是必要前提；因此，探索一种精确解析的求解方法极为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法。
>[0006]本专利技术所提出的技术问题是这样解决的：
[0007]一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1.在直角坐标系中，将一根平行于zoy平面且与xoy平面成夹角α的偶极子的中心置于点P1处，点P1的坐标为(R，0，0)，R>0，偶极子的编号为#1；
[0009]步骤2.右手大拇指指向z轴，其余四指环绕z轴，编号为#1偶极子以R为半径、z轴为轴、沿其余四指的方向依次旋转M
‑
1次，旋转角度为(360/M)
°
，M为≥2的正整数，依次得到编号为#(i+1)的偶极子，1≤i≤M
‑
1，编号为#(i+1)的偶极子的中心位于点P
i+1
处；旋转后共计M根偶极子，M根偶极子沿着半径为R的圆周均匀排布形成一个倾斜偶极子阵列；
[0010]步骤3.记编号为#m的偶极子所在直线的方向向量为l
m
，1≤m≤M，场点S为xoy平面上任意一点，编号为#m的偶极子的中心到场点S的矢径为r
m
；
[0011]步骤4.将l
m
和r
m
代入矢量夹角公式求出夹角θ
m
，将夹角θ
m
代入有限场偶极子的远场公式，得到编号为#m的偶极子在场点S处的电场幅度E
m
；
[0012]步骤5.偶极子的辐射场特征满足以下两组几何关系：表示编号
为#m的偶极子在场点S处的电场方向；(2)l
m
、r
m
和三个矢量共面；利用两组几何关系建立方程组：
[0013][0014]令x
m
、y
m
和z
m
分别为直角坐标系下的x轴、y轴和z轴分量；令z
m
＝
‑
1并代入方程组，求解得到x
m
和y
m
；将电场方向(x
m
,y
m
,z
m
)通过坐标变换从直角坐标系转化为球坐标下单位矢量和分别为编号为#m的偶极子在场点S处的电场方向在球坐标系中半径方向、俯仰角方向和方位角方向的分量；
[0015]步骤6.求解编号为#m的偶极子在球坐标下的两个正交远场分量：
[0016][0017][0018]其中，E
θm
为球坐标下编号为#m的偶极子在场点S处的电场的俯仰角分量，E
φm
为球坐标下编号为#m的偶极子在场点S处的电场的方位角分量；
[0019]步骤7.求解M根偶极子组成的倾斜偶极子阵列的正交远场分量：
[0020][0021][0022]其中，E
θ
为球坐标下M根偶极子在场点S处的电场的俯仰角分量，E
φ
为球坐标下M根偶极子在场点S处的电场的方位角分量；
[0023]求解M根偶极子组成的倾斜偶极子阵列的轴比AR：
[0024][0025]其中，max表示求最大值，min表示求最小值。
[0026]进一步的，步骤4中，编号为#m的偶极子在场点S处的电场幅度E
m
：
[0027][0028]其中，j为虚部符号，k为自由空间波数，l为偶极子长度，r
m
为向量r
m
的模。
[0029]进一步的，步骤5中，对于编号为#1的偶极子，利用两组几何关系建立方程组：
[0030][0031]令z1＝
‑
1并代入方程组，求解得到x
m
和y
m
：
[0032][0033][0034]进一步的，步骤5中，
[0035]进一步的，步骤6中，编号为#m的偶极子在球坐标下的两个正交远场分量：
[0036][0037][0038]进一步的，R＝11mm，α＝35
°
；偶极子长度为l＝36mm。
[0039]进一步的，M≥4。
[0040]本专利技术的有益效果是：
[0041]本专利技术所述方法能够精确地导出倾斜偶极子在水平面上的辐射远场(包括幅度和方向)。同时，在进行直角坐标到球坐标的坐标变换以及天线单元的场求和之后，可以得到整个天线阵列的远场正交分量，从而自然地求得阵列轴比，为实际天线系统的设计提供了有力的理论指导，进一步丰富和发展了天线领域的相应理论与工程技术。
附图说明
[0042]图1为实施例所述倾斜偶极子阵列的结构示意图；
[0043]图2为利用本专利技术所述方法计算的正交远场分量结果示意图；
[0044]图3为利用本专利技术所述方法计算的轴比结果示意图。
具体实施方式
[0045]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。
[0046]本实施例提供一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法，包括以下步骤：
[0047]步骤1.在直角坐标系中，将一根平行于zoy平面且与xoy平面成夹角α的偶极子的中心置于点P1处，点P1的坐标为(R，0，0)，偶极子的编号为#1；本实施例取R＝11mm，a＝35
°
；偶极子长度为l＝36mm。
[0048]步骤2.右手大拇指指向z轴，其余四指环绕z轴，编号为#1偶极子以R为半径、z轴为轴、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解析求解倾斜偶极子天线阵列轴比的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.在直角坐标系中，将一根平行于zoy平面且与xoy平面成夹角α的偶极子的中心置于点P1处，点P1的坐标为(R，0，0)，R>0，偶极子的编号为#1；步骤2.右手大拇指指向z轴，其余四指环绕z轴，编号为#1偶极子以R为半径、z轴为轴、沿其余四指的方向依次旋转M
‑
1次，旋转角度为(360/M)
°
，M为≥2的正整数，依次得到编号为#(i+1)的偶极子，1≤i≤M
‑
1，编号为#(i+1)的偶极子的中心位于点P
i+1
处；步骤3.记编号为#m的偶极子所在直线的方向向量为l
m
，1≤m≤M，场点S为xoy平面上任意一点，编号为#m的偶极子的中心到场点S的矢径为r
m
；步骤4.将l
m
和r
m
代入矢量夹角公式求出夹角θ
m
，将夹角θ
m
代入有限场偶极子的远场公式，得到编号为#m的偶极子在场点S处的电场幅度E
m
；步骤5.偶极子的辐射场特征满足以下两组几何关系：(1)步骤5.偶极子的辐射场特征满足以下两组几何关系：(1)表示编号为#m的偶极子在场点S处的电场方向；(2)l
m
、r
m
和三个矢量共面；利用两组几何关系建立方程组：令x
m
、y
m
和z
m
分别为直角坐标系下的x轴、y轴和z轴分量；令z
m
＝
‑
1并代入方程组，求解得到x
m
和y
m
；将电场方向(x
m
,y
m
,z
m
)通过坐标变换从直角坐标系转化为球坐标下单位矢量坐标下单位矢量和分别为编号为#m...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊江，陈浩亮，陈宇智，熊谊凡，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：