[发明专利]一种相控阵天线绕射场计算方法

说明书

技术领域

本发明属于天线与电磁兼容技术领域，尤其涉及一种相控阵天线绕射场计算方法。

背景技术

相控阵天线有无惯性扫描和快速变换方向的优势,使雷达性能得到很大提升。由于电子技术的进步和电子器件费用的急剧下降，相控阵天线使用场合越来越多，越来越多的民用平台装备了相控阵雷达，用于天气预报、导航、探测等。相控阵雷达天线一般包括几千个小阵元天线，总功率较大。相控阵天线安装的平台上，通常还装有其他电子设备，还设有人员活动区。这些位置可能有物体遮挡，为天线非直射区域，属于天线辐射场的绕射区域。由于总功率较大，在绕射区域也会产生较大的场强。为进行电磁干扰和电磁安全性分析，需对这些区域进行电磁场强预测。但现有技术难以准确、迅速地求解相控阵天线的绕射场。

发明内容

本发明针对现有技术难以准确、迅速地求解相控阵天线绕射场的问题，提供一种相控阵天线绕射场计算方法，降低了相控阵天线绕射场的求解难度，并且精度高，计算效率高，适应性好、不依赖于相控阵天线的阵元类型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相控阵天线绕射场计算方法，该方法包括以下步骤，1)计算相控阵阵元在阵中的辐射场；2)逐元法求解每个阵元的绕射场；3)矢量叠加求解相控阵天线绕射场；4)求解天线辐射场校正系数；5)计算校正后的相控阵天线绕射场。

按上述技术方案，所述步骤1)具体包括，以相控阵中心位置处为中心选择一个边长为2λ的正方形，作为相控阵天线子集，λ为相控阵天线辐射的电磁波在真空中的波长，以相控阵中心位置处的阵元为中心阵元，中心阵元施加单位功率的激励，其他阵元接匹配负载，采用有源单元法计算该相控阵天线子集的辐射场，作为中心阵元的辐射场，并作为该相控阵天线中每一个阵元的辐射场。

按上述技术方案，所述中心阵元到目标点位置矢量为r时，E为r位置目标点的电场矢量，中心阵元在r位置目标点的辐射电场为，

r·E=rExx^+rEyy^+rEzz^---(1)]]>

其中，r＝|r|，为r的方向向量，E_x、E_y、E_z为E的三分量，均为复数；当目标点空间位置变化时，如位置，则r′位置的电场为

E_r′＝r·E/r′·e^-jkr′·e^jδ                 (2)

其中δ为中心阵元在r′位置相对于r位置的相位延迟，由相控阵天线的波束方向确定；k为相控阵天线的波矢，k＝2π/λ，λ为相控阵天线辐射场在真空中的波长，e为自然对数，j为复数因子，j²＝-1，相控阵天线子集中每个阵元的辐射电场分别为E_r′1、E_r′2、…、E_r′N，根据电场与磁场的关系，可获得相控阵天线子集中每个阵元的辐射磁场H_r′1、H_r′2、…、H_r′N。

按上述技术方案，所述步骤2)具体包括，对相控阵天线的每一个阵元辐射场进行绕射场的射线寻迹，根据一致性绕射理论按照射线轨迹逐一求解每个阵元辐射波瓣的绕射场，绕射射线寻迹根据费马原理及绕射角与入射角相等的性质进行求解，射线寻迹获得射线轨迹后，根据一致性绕射理论，求解绕射场，在射线基坐标系下，绕射电场为