[发明专利]基于高阶矩量法区域分解的带载体天线优化方法

说明书

本发明提出了一种基于高阶矩量法区域分解的带载体天线优化方法，旨在实现对金属或介质金属混合的带载体天线的仿真优化，并提高优化效率。实现步骤为：获取天线设计参数的初始值；对带载体天线模型区域拆分并构建计算模型；计算带载体天线模型的电磁初始仿真结果；设定带载体天线模型果优化目标和设计参数的优化范围，并对优化算法参数初始化；对带天线的设计参数进行优化。本发明通过采用高阶矩量法区域分解方法，解决了现有技术只能对金属的带载体天线进行仿真优化且优化效率低的技术问题，实现了对金属或介质金属混合的带载体天线的仿真优化的功能，并提了高优化效率。

技术领域

本发明属于电磁仿真技术领域，具体涉及一种基于高阶矩量法区域分解的带载体天线优化方法，可用于对电大尺寸复杂材料及结构的带载体天线的优化。

背景技术

带载体天线系统中，载体处于天线的近场区域，会对天线的性能产生影响，载体对天线的影响主要来源于以下几个方面：载体表面与天线单元之间的耦合作用；入射波在载体壁上产生的表面波；载体表面不均匀产生的二次波、反射波等。这些将使天线的差波束零深、波束宽度、旁瓣、交叉极化比等产生变化，导致带载体天线性能降低。在对天线设计时需要对载体与天线进行整体分析，通过一体化仿真了解天线罩对天线阵列方向图的影响。

由于载体对天线电磁特性有影响，所以在优化带载体天线时，需要对带载体天线进行一体化优化。如果通过实测的方式获得数据，不仅局限于测试设备及环境，还会拉长设计周期，消耗大量人力物力。而通过仿真优化方法可以大大提高优化效率，减少成本。但随着雷达天线频率的提升，带载体天线一体化优化也被视为了电大尺寸问题，高效精准地对其进行优化也成为研究的热点。

采用传统电磁学方法对带载体天线直接仿真优化，是将传统电磁学方法，如有限元、低阶矩量法等，与优化算法相结合。首先利用电磁算法计算出模型结果，根据结果利用优化算法通过对设计参数进行调整，经过多次迭代以获得电磁问题最优解，达到优化目的。但由于带载体天线系统中的载体不需要调整，而对这些部分会多次重复计算，导致计算时间过长、计算资源严重浪费；并且由于待优化的模型电尺寸越来越大，导致带载体天线难以优化。

为了解决上述问题，王晓琼等人在2015年发表于《电子科技大学》名称为《基于区域分解法和粒子群优化算法的天线优化研究》的硕士学位论文中，提出了一种积分方程区域分解法结合粒子群优化算法对天线进行仿真优化的方法。该方法通过先对子区域进行独立剖分和求解后，再对区域之间进行迭代，完成了对电大尺寸目标的电磁分析及优化。但由于该方法采用积分方程方法，对子区域仿真分析时，仍然存在电磁计算量大时间长，导致优化效率低的问题；并且由于该方法所采用积分方程区域分解方法只能对金属模型进行电磁求解，对含介质的载体或天线，如介质天线罩或介质微带天线，难以进行优化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种基于高阶矩量法区域分解的带载体天线优化方法，旨在实现对金属或介质金属混合的带载体天线的仿真优化，并提高优化效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)获取带载体天线模型中天线的设计参数X初始值X⁰；

(2)对带载体天线模型进行区域拆分，得到Q个子区域，并构建子区域计算模型：

根据计算平台的电磁计算规模，对带载体天线模型进行区域拆分，得到天线子区域Ω₁和(Q-1)个载体子区域Ω₂,Ω₃,…,Ω_Q，并按照高阶矩量法要求，对每个子区域进行剖分，得到Q个由四边形面片组成的子区域计算模型，其中Q≥2；

(3)采用高阶矩量法区域分解方法，计算带载体天线模型的电磁仿真结果F的初始值F⁰：