[发明专利]一种频率选择表面的共形布局及建模方法

说明书

本发明属于频率选择表面技术领域，公开了一种频率选择表面的共形布局及建模方法，所述频率选择表面的共形布局及建模方法包括：利用曲面切片思想将模型导出的STL文件沿y轴切成等距的曲线；将切出的散点等距插值，得到栅格点阵；在栅格点阵上沿x或y方向以周期长度为寻迹目标，多次寻迹，找到所有满足周期长度排布的点；剔除边界处无法投影完整单元的点，利用面片信息得到法向量；利用单元中心点信息确定补偿系数，使用matlab‑API工具箱完成参数化投影建模。本发明巧妙使用切片思想，避免曲面参数化拟合、表面剖分的复杂过程，且离散点方向与循迹方向相同，循迹难度降低；通过建立单元补偿机制，有效减小投影引起的变形。

技术领域

本发明属于频率选择表面技术领域，尤其涉及一种频率选择表面的共形布局及建模方法。

背景技术

目前，频率选择表面是指由周期性排布的金属贴片或孔径单元组成的二维周期性结构，其容性部分和感性部分在谐振点发生谐振，从而呈现带通或带阻特性，是一种空间滤波器。

近年来，为了更好实现飞行器的隐身，频率选择表面被应用于飞行器头部的天线罩设计。它在通带内透过电磁波，保证天线的正常工作，在通带外将电磁波反射向低威胁区域，从而减小飞行器的雷达散射截面。

为了保证天线罩的气动和隐身性能，往往采用流线型的不可展开曲面，这增大了FSS在罩上布阵的难度。对于旋转体曲面，可采用分段旋转阵列的方法，但此方法不适用于其它复杂不可展曲面。

表面寻迹技术可根据费马原理、曲表面参数，对某方向入射的光线在表面的传播路径进行计算，主要的算法有差分方法、龙格－库塔方法等。因此，基于剖分参数曲面、相邻频选单元的方向及距离信息，采用表面寻迹技术，即可计算得到该相邻单元的位置及表面法向信息。采用平面网格剖分方式，可在保证与天线罩外形拟合的条件下，简化表面的参数方程，大大降低寻迹的计算量。简化处理后，寻迹路径仅需满足：单个网格内的路径须为直线；相邻网格展开成一个平面时，其上的同一路径合起来为直线。设计步骤如下：首先，对频选排布的曲面进行平面网格剖分，并使剖分误差满足平面近似的精度要求；其次，对剖分网格进行数据分析，建立公共边等数据结构，对曲面外形结构进行表征；第三，确定初始排布单元的位置，并运用网格数据结构信息，对各单元的位置和表面法向进行几何寻迹计算；第四，根据计算信息，对频选阵列图案的各单元进行平面图案建模；第五，设定单元间距范围要求，对不满足间距要求的单元(重叠单元)进行剔除；最后将局部频选阵列图案在曲面表面进行投影，得到曲面频选布排。

因此，现有技术采用表面循迹的方式，实现FSS在复杂不可展开曲面上阵列。此技术需要首先对已知复杂曲面进行平面网格抛分，再将通过网格结点、共公边等信息建立网格数据结构，最后利用费马原理和曲表面方程进行循迹。但存在以下缺点：1.曲面罩形状很复杂时，要用曲表面方程完整描述曲面信息较困难；2.合理的网格剖分和数据结构的建立需要耗费大量精力，且具有不确定性；3.网格数据结构缺少规律，增加了表面循迹的难度；4.布局完后进行投影时，未考虑单元变形带来的影响。因此，亟需一种新的频率选择表面的共形布局及建模方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术采用的曲面离散方式过程复杂；

(2)网格数据不规律，表面循迹的复杂程度高；

(3)投影阵列时，未考虑单元变形。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)离散方法需要适用于任意复杂不可展开曲面模型，要同时保证方法简单、有效且能降低循迹难度存在难度。

(2)在复杂曲面上，投影变形不是简单地缩放，补偿机制建立存在难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：