專利名稱：一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線建模優(yōu)化方法，屬于電磁兼容領(lǐng)域，具體來說是一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法。
背景技術(shù)：
天線是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為自由空間電磁波信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，是無線電通信中最主要的器件。飛機(jī)機(jī)身空間狹小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)身上集成了大量的電子設(shè)備，大量天線集中在一個(gè)機(jī)身上。如果不對(duì)飛機(jī)天線進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)必然引起天線間的相互干擾和天線輻射方向圖的嚴(yán)重畸變，對(duì)天線功能符合性和性能畸變進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)為天線間的干擾預(yù)測(cè)和裝機(jī)工作性能提供了基礎(chǔ)。在實(shí)際的天線設(shè)計(jì)過程中，天線廠家可能從天線設(shè)計(jì)到交付用戶的整個(gè)過程中沒有進(jìn)行天線的建模工作；或者由于其他原因廠家不能向外提供準(zhǔn)確的天線結(jié)構(gòu)模型。因此，難以準(zhǔn)確的獲取天線的電磁兼容模型，導(dǎo)致了在飛機(jī)電磁兼容性預(yù)測(cè)中很難得到可信的預(yù)測(cè)結(jié)果。同時(shí)，由于天線的工作頻率不斷提高，且天線結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜，在整機(jī)中使用詳細(xì)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)使得仿真計(jì)算成本較大，并且無法滿足電大尺寸模型的計(jì)算需求，因此，對(duì)天線模型進(jìn)行簡化也顯得很重要。

發(fā)明內(nèi)容
在系統(tǒng)電磁兼容性仿真預(yù)測(cè)階段，為了建立準(zhǔn)確的天線電磁兼容模型來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電磁兼容性的預(yù)分析和預(yù)設(shè)計(jì)，本發(fā)明提出了一種天線電磁兼容模型反建模的優(yōu)化方法。該方法利用天線的類型和測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)天線輻射特性的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出天線模型參數(shù)的初始參數(shù)，采用電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法和多目標(biāo)非線性優(yōu)化算法進(jìn)行迭代計(jì)算，從而計(jì)算出與實(shí)際天線輻射特性相符的天線電磁兼容模型。由測(cè)試數(shù)據(jù)建立的天線模型，可以直接應(yīng)用于設(shè)備、分系統(tǒng)或整機(jī)電磁兼容性預(yù)測(cè)中，并提高了系統(tǒng)電磁兼容性預(yù)測(cè)的精度。本發(fā)明提供的基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法的主要步驟如下第一步根據(jù)電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)中的天線測(cè)試方法完成天線的測(cè)試，得到測(cè)試數(shù)據(jù)包括天線方向圖和阻抗數(shù)據(jù)。第二步利用第一步中得到的實(shí)際性能指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)，并結(jié)合天線性能指標(biāo)與天線模型參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出天線模型參數(shù)的初始值。第三步根據(jù)第二步計(jì)算出的天線模型參數(shù)初始值建立天線的電磁兼容模型，并使用電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算天線電磁兼容模型的輻射特性。第四步將第三步的輻射特性數(shù)據(jù)和第一步中的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出誤差矩陣得出誤差值，如果誤差值在誤差限的范圍內(nèi)則停止計(jì)算，否則采用非線性優(yōu)化算法完成對(duì)天線模型參數(shù)的修正。第五步根據(jù)修正的天線模型參數(shù)建立天線電磁兼容模型，返回第三步。
本發(fā)明基于天線方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行的天線建模方法的優(yōu)點(diǎn)在于(I)通過基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模的方法，提高了天線電磁兼容模型的準(zhǔn)確性和可信性。(2)針對(duì)天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖實(shí)現(xiàn)天線電磁兼容模型的建立，使天線模型更具有針對(duì)性，提高了模型的精度。(3)利用多維多目標(biāo)的非線性優(yōu)化方法，對(duì)天線的電磁兼容模型進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得符合實(shí)際天線性能指標(biāo)的優(yōu)化模型。(4)基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模設(shè)計(jì)，在保證天線模型精度的情況下，簡化了天線復(fù)雜度。


圖1本發(fā)明提供的基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法流程圖；圖2天線輻射功率方向圖；圖3實(shí)施例中測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)輻射功率方向圖對(duì)比曲線；圖4實(shí)施例中測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)輻射強(qiáng)度方向圖對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提 供一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，如圖1所示流程，具體步驟如下第一步獲取天線測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)中華人民共和國電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)SJ-2534. 3-1984和SJ-2534. 14-1985的測(cè)試方法和步驟，完成天線輻射方向圖和天線阻抗特性的測(cè)試，得到天線測(cè)試數(shù)據(jù)包括天線輻射方向圖和天線阻抗特性測(cè)試數(shù)據(jù)。根據(jù)輻射方向圖測(cè)試的配置試驗(yàn)圖進(jìn)行方向圖測(cè)試首先，小心的調(diào)節(jié)方位角和俯仰角，并定位定向天線的最大福射方向；然后任意的分配一個(gè)方向角為0°和一個(gè)OdB的信號(hào)電平；其次，不改變俯仰設(shè)置，天線小心的在方位角上一點(diǎn)一點(diǎn)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得每一步的信號(hào)電平讀數(shù)為3dB。將這些信號(hào)電平與相對(duì)應(yīng)的方位角記錄下來，然后在極坐標(biāo)圖紙上畫出來就完成了天線輻射方向圖的測(cè)試。阻抗特性測(cè)試按照相應(yīng)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。第二步從第一步的測(cè)試數(shù)據(jù)中，提取出天線的實(shí)際性能指標(biāo)參數(shù)(如增益、半功率波瓣寬度、阻抗等)，由天線性能指標(biāo)參數(shù)和天線模型參數(shù)之間的關(guān)系反推出天線的模型參數(shù)，從而獲得天線模型參數(shù)的初始值。對(duì)于矩形微帶天線其方向性函數(shù)，可由以下公式?jīng)Q定
權(quán)利要求
1.一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于 第一步根據(jù)電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)中的天線測(cè)試方法完成天線的測(cè)試，得到測(cè)試數(shù)據(jù)包括天線方向圖和阻抗數(shù)據(jù)； 第二步利用第一步中得到測(cè)試數(shù)據(jù)，并結(jié)合天線性能指標(biāo)與天線模型參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出天線模型參數(shù)的初始值； 第三步根據(jù)第二步計(jì)算出的天線模型參數(shù)初始值建立天線的電磁兼容模型，并計(jì)算天線電磁兼容模型的輻射特性； 第四步將第三步的輻射特性數(shù)據(jù)和第一步中的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出誤差值，如果誤差值在誤差限的范圍內(nèi)則停止計(jì)算，否則采用非線性優(yōu)化算法完成對(duì)天線模型參數(shù)的修正； 第五步根據(jù)修正的天線模型參數(shù)建立天線電磁兼容模型，返回第三步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于第三步中采用電磁場(chǎng)算法一矩量法完成天線輻射特性的計(jì)算，得到輻射特性數(shù)據(jù)包括方向圖數(shù)據(jù)和阻抗數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于第四步中，設(shè)某天線的E面方向圖仿真數(shù)據(jù)為r’ = Ir' vr' 2，…，r' J，其中r/ i為第i個(gè)方位角對(duì)應(yīng)的天線功率值，z’表示天線仿真阻抗數(shù)據(jù)；方向圖測(cè)試數(shù)據(jù)為r=Ir11T2,-,rn}, z表示天線測(cè)試阻抗數(shù)據(jù)；設(shè)e為誤差限；若天線仿真阻抗數(shù)據(jù)與測(cè)試阻抗數(shù)據(jù)滿足
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于完成天線模型參數(shù)的修正通過迭代優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)，具體為 對(duì)于一維迭代優(yōu)化算法，以增益為例進(jìn)行說明，假設(shè)天線增益只與模型的一個(gè)參數(shù)有關(guān)，則天線目標(biāo)增益與模型參數(shù)之間的關(guān)系表示為一維函數(shù)g(x) = Gtl，其中X表示模型尺寸參數(shù)，函數(shù)g(x)表示增益與尺寸之間的函數(shù)表達(dá)式，G0為目標(biāo)增益； 令f(x) = g (X)-Gci,則方程f (X) = O的根為目標(biāo)增益g (X) = Gci對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)值；將方程f (X) =O化為X= (X)的形式,從而得到迭代公式xn+1 = 4) (xn), Xi表示第i步迭代時(shí)天線的模型參數(shù)值;利用Newton迭代算法構(gòu)造
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于方向圖和輸入阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)的天線建模方法，屬于電磁兼容領(lǐng)域。本發(fā)明利用天線的類型和測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)天線輻射特性的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出天線模型的初始參數(shù)，采用電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法和多目標(biāo)非線性優(yōu)化算法進(jìn)行迭代計(jì)算，從而計(jì)算出與實(shí)際天線輻射特性相符的天線電磁兼容模型。本發(fā)明由測(cè)試數(shù)據(jù)反設(shè)計(jì)出的天線模型，可以直接應(yīng)用于設(shè)備、分系統(tǒng)或整機(jī)電磁兼容性預(yù)測(cè)中，天線模型更具有針對(duì)性，并提高了系統(tǒng)電磁兼容性預(yù)測(cè)的精度，提高了天線電磁兼容模型的準(zhǔn)確性和可信性。本發(fā)明基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模設(shè)計(jì)，在保證天線模型精度的情況下，簡化了天線復(fù)雜度。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103065007SQ20121056997
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者賈云峰, 吳亮, 馬超, 胡修, 魏嘉利, 吳藻菡, 蘇東林 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)