【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及陣列天線輻射場預測技術，尤其涉及一種基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法。
技術介紹
1、陣列天線是由許多天線單元組成，相對于傳統的單天線，具有高方向性的優勢；陣列天線通過控制天線陣元的饋電相位使輻射波束偏移，通過電控實現波束掃描，具有遠遠優越于傳統機械式掃描的陣列天線的快速波束掃描能力。
2、目前關于陣列天線主要在于遠場輻射特性的應用。但隨著應用場景的增多，陣列天線的近場特性也逐漸成為一個研究熱點。對于陣列天線的近場分析，往往通過全波仿真的方法，比如用hfss、feko、cst等全波仿真軟件，其基于矩量法、有限差分法等數值算法，能夠提供較好的計算精度。但由于現代陣列天線多具有電大尺寸、空間多尺度、材料多樣性的特點，全波分析將消耗巨大計算資源以及計算時間。
3、在全波仿真受限的情況下，目前常用基于疊加原理的近場分析公式,一方面，這是一個標量場強合成公式，它無法給出極化信息,尤其是縱向極化信息；另一方面，它也沒有考慮單元間耦合的影響。不同于遠場，陣列天線近場在不同陣元間存在非線性的空間位置因子，每個陣元到觀測點的波束不能做平行處理；近場天線在設計時需要精確考慮每一點的非線性空間位置因子。近場信息的計算無法采用固定的相位中心，在輻射場疊加過程中，相位中心隨著天線單元而不斷轉移。同時，近場波束賦形維度也會從遠場的(θ，φ)變為(x,y,z)，極化變為三維矢量極化(ex,ey,ez)。近場空間存在著明顯的縱向極化。常規的基于疊加原理的標量場合成公式顯然適用性不足，尤其是在涉及近場焦點掃描、極化
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，包括以下步驟：
3、1)對陣列天線的天線單元，構建單元特性表征矩陣；具體如下：
4、對天線單元n，構建一個3*5的矩陣an，其結構為
5、
6、其中，是空間旋轉矩陣，用于表征單元在單元局部坐標系下的朝向信息；
7、是天線單元的位置坐標，根據幾何布陣方式計算得到；
8、amp是陣元的激勵幅度，pha是陣元的相位；elt是方向圖的類型索引；
9、2)根據單元特性表征矩陣，構建陣列天線的陣列配置描述矩陣；
10、對于一個有k個單元組成的陣列天線，構建一個3*5*k的矩陣b；
11、3)設置陣列頻率、輻射功率、輻射效率參數；
12、4)將源極化矢量從單元局部坐標系投影到陣列全局坐標系；
13、對于線極化天線，單元n在口徑面上電極化矢量為e，將其設為沿x軸的單位矢量，則其在單元局部坐標系下坐標為ue＝(1,0,0)，局部坐標系原點為uo＝(0；0；0)；
14、則單元n源極化矢量從單元局部坐標系投影到陣列全局坐標系
15、
16、uog為陣列全局坐標系下的原點，ueg為陣列全局坐標系下沿x軸的單位矢量；
17、5)根據場觀察點位置，計算源極化矢量在場點的投影；
18、5.1)構建極化旋轉矩陣；
19、設全局坐標系下，場觀察點的球坐標位置為則極化旋轉矩陣為：
20、
21、其中，prot為極化旋轉矩陣，ptra為平移矩陣，zr表示繞z軸旋轉，yr表示繞y軸旋轉；
22、
23、5.2)根據場觀察點位置，利用極化旋轉矩陣獲得源極化矢量在場點投影；
24、
25、其中，inv為矩陣求逆運算，uf為投影后的矢量，uof為投影后的源點坐標，uef為投影后的端點坐標；
26、6)對源極化矢量在場點的投影進行分解，計算水平極化系數和垂直極化系數；
27、對于線極化天線單元，由于假設電場極化矢量沿x軸，則水平極化分量對應矢量uf的y分量，垂直極化分量對應矢量uf的z分量；
28、7)根據投影分解結果，計算場點處的水平極化場、垂直極化場、總場；過程如下：
29、7.1)計算場點在單元天線n處局部坐標系的投影為
30、
31、其中，為場點在單元天線n處局部坐標系的投影的笛卡爾坐標；
32、將笛卡爾坐標轉換為球坐標其中，
33、
34、7.2)根據單元方向圖數據，確定對應的功率方向圖增益值g，根據功率方向圖增益值計算場點處單元n的方向圖加權因子，表示為：
35、eleamp＝10^(g/20)
36、eleamp即為單元n的方向圖加權因子；
37、7.3)天線單元n在場點產生的垂直、水平極化場分別為
38、
39、其中，evpn和ehpn為垂直極化場和水平極化場；amp為單元的激勵幅度，eleamp為方向圖加權因子；|vp|和|hp|分別為垂直、水平極化系數的絕對值；phavpt和phahpt為垂直場、水平場的相位，如下式表示：
40、
41、其中，k是波數，k*rloc是空間路徑傳播帶來的相位，pha為單元激勵相位；phavp和phahp為表征垂直極化、水平極化正負方向的修正相位；表示如下：
42、
43、上述為單元n產生的場；
44、7.4)對于一個k個陣元的陣列天線，極化場為
45、
46、總場為：
47、其中，evp為陣列天線的垂直極化場，ehp為陣列天線的水平極化場。
48、按上述方案，elt方向圖類型為孤立方向圖。
49、按上述方案，所述步驟4)中，對于線極化天線，單元n在口徑面上電極化矢量為e，將其設為沿x軸的單位矢量，則其在單元局部坐標系下坐標為ue＝(1,0,0)，局部坐標系原點為uo＝(0；0；0)；
50、則單元n源極化矢量從單元局部坐標系投影到陣列全局坐標系
51、
52、uog為局部坐標系原點經投影變換后在全局坐標系下的坐標，ueg為源單位矢量經投影變換后在全局坐標下的坐標；
53、按上述方案，所述步驟5)中，具體如下：
54、5.1)構建極化旋轉矩陣；
55、設全局坐標系下，場觀察點的球坐標位置為則極化旋轉矩陣為：
56、
57、其中，prot為極化旋轉矩陣，ptra為平移矩陣，zr表示繞z軸旋轉，yr表示繞y軸旋轉；
58、
59、
60、5.2)根據場觀察點位置，利用極化旋轉矩陣獲得源極化矢量在場點投影；
61、
62、其中，inv為矩陣求逆運算，uf為投影后的矢量，uof為投影后的源點坐標，uef為投影后的端點坐標。
63、按上述方案本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，所述步驟4)中，
3.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，所述步驟5)中，具體如下：
4.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，Elt方向圖類型為孤立方向圖。
5.根據權利要求4所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，所述步驟7.3)中，對于天線單元n按下式進行互耦效應補償修正；
6.一種電子設備，其特征在于，
7.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1至5任一項所述的方法。
【技術特征摘要】
1.一種基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，所述步驟4)中，
3.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方法，其特征在于，所述步驟5)中，具體如下：
4.根據權利要求1所述的基于極化矢量合成的陣列天線輻射近場預測方...
【專利技術屬性】
技術研發人員：左宇，李勇志，任平，倪超，吳雨，
申請(專利權)人：中國艦船研究設計中心，
類型：發明
國別省市：
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