一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，包括以下步骤：S1.建立天线模型，并指定天线的激励；S2.确定矩量法计算所需的系统矩阵、右侧向量；S3.建立球面角度二维网格S4.利用矩量法后处理得到网格顶点上的角度的天线垂直极化方向水平极化方向合成总场的远场方向性数据，记为和够成的方向性数据列表为S5.对天线方向性数据的可视化处理。本发明专利技术能够满足不同应用场合下天线方向图显示大小与平台、模型显示大小的匹配，天线的波瓣图的几何测量直到直观的显示作用。直观的显示作用。直观的显示作用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法


[0001]本专利技术涉及天线方向图处理，特别是涉及一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法。

技术介绍

[0002]参数化曲线结构在电磁场分析中具有非常广泛的应用，如细线天线结构、电磁场分析中复杂曲面的构造等领域。但是，目前而沿天线远场方向图三维可视化问题、天线远场天线极化切换问题、天线远场方向图颜色配置问题、天线远场方向图dB和原值切换的问题、天线远场方向图显示动态范围切换的问题，以及天线远场方向图与天线模型特别是复杂结构模型的对齐问题都很难得到有效的解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，能够满足不同应用场合下天线方向图显示大小与平台、模型显示大小的匹配，天线的波瓣图的几何测量直到直观的显示作用。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，包括以下步骤：
[0005]S1.建立天线模型，并指定天线的激励；
[0006]S2.确定矩量法计算所需的系统矩阵、右侧向量；
[0007]S3.建立球面角度二维网格
[0008]S4.利用矩量法后处理得到网格顶点上的角度的天线垂直极化方向水平极化方向合成总场的远场方向性数据，记为和够成的方向性数据列表为
[0009]S5.对天线方向性数据的可视化处理。
[0010]所述步骤S1包括：
[0011]从nastran格式网格模型文件中提取天线CAD面元网格模型的点列表和点连接列表，并指定天线激励；
[0012]将天线CAD面元网格模型中的点列表和点连接列表通过RWG基函数的格式转换成矩量法所需的基函数，则基函数列表为f
m
,m＝1,2,
…
,nbase,其中nbase为基函数总数。
[0013]进一步地，所述步骤S2包括：
[0014]S201.对矩阵[A]nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵A，a
mn
为A的第m行第n列元素；填充公式如下：
[0015][0016]其中，f
m
和f
n
为第m个和第n个基函数，G为三维格林函数；ε
l
为自由空间介电常数；μ
l
为自由空间磁导率；为空间线性微分算子，ω为角频率；r
′
为源点所在区域即f
n
区域内的位置矢量；r为场点所在区域即f
m
区域内的位置矢量；
[0017]S202.对激励项[rhs]nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；
[0018][0019]其中，为激励下的第m个基函数域内的场分布；
[0020]S203.计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。
[0021]进一步地，步骤S3所述的球面角度二维网格中，
[0022][0023][0024]i＝0,1,2,
…
,M；j＝0,1,2,
…
,N，其中，M是θ方向上的剖分数量，N是方向上的剖分数量。
[0025]进一步地，所述步骤S4包括：
[0026]S401.对于球面角度二维网格中任一个点计算水平极化电磁波远场和垂直极化电磁波远场
[0027][0028][0029]其中，E
l
和H
l
为三角面元上的电场分布和磁场分布由当前基函数电流分布列表cbm在三角形域内通过插值和微分计算得到；为角度上垂直极化的单位方向矢量，为角度上水平极化的单位方向矢量，为角度上径向单位矢量；ΔS
l
′
为天线表面离散单元面积；r
′
为ΔS
′
l
上任何一点矢量；η＝120π；k为自由空间波数，R为场点远离坐标原点的径向距离；为法向单位矢量；
[0030]S402.对所有目标观察角的电场做功率积分得到方向性系数，并对电场用方向性系数进行归一化，得到天线垂直极化方向水平极化方向合成总场的远场方向性数据
[0031][0032][0033][0034][0035][0036]其中，P表示远场辐射功率，η＝120π表示自由空间波阻抗，D
norm
表示方向性系数；
[0037]S403.在i＝0,1,2,
…
,M；j＝0,1,2,
…
,N中，i与j取值的任意组合下，重复步骤S401～S402,得到相应的当i与j取值的所有组合均执行完毕后，将得到的数据列表记为
[0038]进一步地，所述步骤S5包括：
[0039]一、方向性数据的归一化和方向性数据所在球面半径R的确定
[0040]定义方向图绘制的最外层球面半径为R
out
[0041]情形1：非dB方向图绘制
[0042]不需要进行方向图数据的绘制，所在的最外层球面半径R＝R
out
其中，max为列表中最大值的函数，每个方向数据所在的球面半径为：
[0043]情形2：dB方向图绘制
[0044]方向图绘制时，为了解决以dB形式显示方向图时的绝对半径问题，需要将方向性数据进行归一化，具体方法是定义动态范围参数D
r
，单位为dB，从方向性数据列表中找到则定义方向性数据的最小值为则定义方向性数据的最小值为将中所有小于的部分的值赋值为dB为一函数，将方向性数据转换为dB数据dB(D)＝10*log
10
(D)，以此完成了dB方向图绘制时的方向性数据的归一化；
[0045]所在的最外层球面半径R＝R
out
，每个方向数据所在的球面半径为：
[0046]二、球面角度二维网格顶点到三维直角坐标[(x
i
,y
i
,z
i
)]M
×
N
的变换：
[0047]坐标变换公式为：坐标变换公式为：z
i
＝Rcos(RAD
·
θ
i
)
[0048]其中，RAD＝0.01745
[0049]三、球面三角网格化处理
[0050]对P
i+1,j
,P
i+1,j+1
,P
i,j+1
围成的球面角点二维网格做分割，得到两个球
面角点三角形网格：Tri1:(P
i,j
,P
i+1,j
,P
i+1,j+1
)和Tri2:(P
i+1,j+1
,P
i,j+1
,P
i,j...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.建立天线模型，并指定天线的激励；S2.确定矩量法计算所需的系统矩阵、右侧向量；S3.建立球面角度二维网格S4.利用矩量法后处理得到网格顶点上的角度的天线垂直极化方向水平极化方向合成总场的远场方向性数据，记为和够成的方向性数据列表为S5.对天线方向性数据的可视化处理。2.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：所述步骤S1包括：从nastran格式网格模型文件中提取天线CAD面元网格模型的点列表和点连接列表，并指定天线激励；将天线CAD面元网格模型中的点列表和点连接列表通过RWG基函数的格式转换成矩量法所需的基函数，则基函数列表为f
m
,m＝1,2,
…
,nbase,其中nbase为基函数总数。3.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：所述步骤S2包括：S201.对矩阵[A]
nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵A，a
mn
为A的第m行第n列元素；填充公式如下：其中，f
m
和f
n
为第m个和第n个基函数，G为三维格林函数；ε
l
为自由空间介电常数；μ
l
为自由空间磁导率；为空间线性微分算子，ω为角频率；r
′
为源点所在区域即f
n
区域内的位置矢量；r为场点所在区域即f
m
区域内的位置矢量；S202.对激励项[rhs]
nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；其中，为激励下的第m个基函数域内的场分布；S203.计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。4.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：步骤S3所述的球面角度二维网格中，中，
i＝0,1,2,
…
,M；j＝0,1,2,
…
,N,其中，M是θ方向上的剖分数量，N是方向上的剖分数量。5.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：所述步骤S4包括：S401.对于球面角度二维网格中任一个点计算水平极化电磁波远场和垂直极化电磁波远场和垂直极化电磁波远场和垂直极化电磁波远场其中，E
l
和H
l
为三角面元上的电场分布和磁场分布由当前基函数电流分布列表cbm在三角形域内通过插值和微分计算得到；为角度上垂直极化的单位方向矢量，为角度上水平极化的单位方向矢量，为角度上径向单位矢量；ΔS
′
l
为天线表面离散单元面积；r
′
为ΔS
′
l
上任何一点矢量；η＝120π；k为自由空间波数，R为场点远离坐标原点的径向距离；为法向单位矢量；S402.对所有目标观察角的电场做功率积分得到方向性系数，并对电场用方向性系数进行归一化，得到天线垂直极化方向水平极化方向合成总场的远场方向性数据合成总场的远场方向性数据合成总场的远场方向性数据合成总场的远场方向性数据合成总场的远场方向性数据合成总场的远场方向性数据其中，P表示远场辐射功率，η＝120π表示自由空间波阻抗，D
norm
表示方向性系数；S403.在i＝0,1,2,
…
,M；j＝0,1,2,
…
,N中，i与j取值的任意组合下，重复步骤S401～S402,得到相应的θ
i
,当i与j取值的所有组合均执行完毕后，将得到的数据列表记为6.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法后处理的天线方向图可视化方法，其特征在于：所述步骤S5包括：
一、方向性数据的归一化和方向性数据所在球面半径R的确定定义方向图绘制的最外层球面半径为R
out
情形1：非dB方向图绘制不需要进行方向图数据的绘制，所在的最外层球面半径R＝R
out
其中，max为列表中最大值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尧尧，蔡少雄，刁晓静，曹成，陈广志，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：