CN102110184A - 信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法 - Google Patents

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CN102110184A CN 201110060829 CN201110060829A CN102110184A CN 102110184 A CN102110184 A CN 102110184A CN 201110060829 CN201110060829 CN 201110060829 CN 201110060829 A CN201110060829 A CN 201110060829A CN 102110184 A CN102110184 A CN 102110184A
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周新力
田伟
周旻
吴龙刚
宋斌斌
金慧琴
赵海波
吴海荣
刘晓娣
孟庆萍
肖金光
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Naval Aeronautical Engineering Institute of PLA
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Abstract

本发明涉及电磁特性数值仿真建模技术领域，具体公开了一种信号回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法。该方法具体包括如下步骤：1)建立飞机仿真模型；2)对机载钢索天线进行建模；3)对仿真模型设置边界条件；4)设置仿真模型中机载天线的频带内及频带外范围，并设置合理的步长进行扫频仿真计算；5)利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性。该建模方法可以实现对不同短波天线电磁波对机载设备干扰的仿真估计，从而为机载短波天线的设计、安装提供理论依据。

Description

信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法
技术领域
本发明属于天线电磁特性仿真设计技术领域，具体涉及一种信号回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法。
背景技术
目前，在机载短波天线设计中，主要考虑的是机载天线工作频带内发射特性，即强调天线的功能指标设计，往往忽视天线的工作频带外电磁特性设计，目前缺少一种对天线装机后在飞机表面产生电磁能量耦合的仿真建模评估方法，无法预先评估新装机天线对其它机载设备是否存在干扰，因此造成天线在装机前功能指标都满足要求，而真正装上飞机后却对其它机载电子造成电磁干扰的后果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，可以实现对不同类型短波天线电磁辐射造成机载设备干扰的计算评估，从而为机载短波天线的设计提供理论依据。
本发明的技术方案如下：一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，具体包括如下步骤：
步骤1、建立飞机仿真模型；
步骤2、对机载钢索天线进行建模；
步骤3、对仿真模型设置边界条件；
步骤4、设置仿真模型中机载天线的频带内及频带外范围，并设置合理的步长进行扫频仿真计算；
步骤5、利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性。
所述的步骤1中建立飞机仿真模型具体步骤为：
根据待安装短波天线飞机的实际几何尺寸，在电磁场数值计算软件平台上建立飞机的全尺寸仿真模型，其中，飞机全尺寸仿真模型与飞机实际几何模型相比，进行适当的等效化简，忽略机翼下方的副油箱和机腹处的起落架；建模时将机身材料选择为铝材料。
所述的步骤2中对机载钢索天线进行建模的具体步骤为：
根据钢索天线的实际位置，在机身上方建立钢索天线模型，并根据实际天线的长度和直径，对钢索天线进行全尺寸建模；建模时将钢索天线的材料设置为钢材料。
所述的钢索天线的馈电端位于安装钢索天线的机身前端，并采用同轴馈电方式；在钢索天线最末端设置圆形馈电片，在馈电片上设置激励源，激励源由圆片最外端指向圆心，即同轴线外皮指向内心；同时，设置钢索天线输入功率值。
所述的步骤3中对仿真模型设置边界条件具体步骤为：
对已经建立好的飞机与机载天线的模型仿真，需要建立边界条件；对于仿真天线等强辐射问题，边界大小要满足仿真模型距离边界的最小距离大于等于四分之一波长，即最低频率所对应的波长。
所述的步骤5中利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性的具体步骤为：
利用基于有限元算法的电磁场数值计算软件，采用自适应迭代方式，对每两次计算结果的差作为迭代精度，判断迭代误差是否小于设定的迭代误差阈值θ，若不满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则利于该电磁场数值计算软件继续迭代运算；若满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则仿真结束。
所述的迭代误差阈值θ典型值为0.01。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法可以实现对不同短波天线电磁波对机载设备干扰的仿真估计，从而为机载短波天线的设计、安装提供理论依据。
附图说明
图1为本发明所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所述，一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法具体包括如下步骤：
步骤1、建立飞机仿真模型
根据待安装短波天线飞机的实际几何尺寸，在电磁场数值计算软件HFSS平台上建立飞机的全尺寸仿真模型，其中，飞机全尺寸仿真模型与飞机实际几何模型相比，进行适当的等效化简，忽略机翼下方的副油箱和机腹处的起落架；建模时将机身材料选择为铝材料。
步骤2、对机载钢索天线进行建模
根据钢索天线的实际位置，在机身上方建立钢索天线模型，并根据实际天线的长度和直径，对钢索天线进行全尺寸建模；建模时将钢索天线的材料设置为钢材料。
钢索天线馈电端位于安装钢索天线的机身前端，并采用同轴馈电方式；在钢索天线最末端设置圆形馈电片，在馈电片上设置激励源，激励源由圆片最外端指向圆心，即同轴线外皮指向内心；同时，设置钢索天线输入功率值为125w。
步骤3、对仿真模型设置边界条件
对已经建立好的飞机与机载天线的模型仿真，需要建立边界条件。对于仿真天线等强辐射问题，边界大小要满足仿真模型距离边界的最小距离大于等于四分之一波长，即最低频率所对应的波长。例如，要仿真的最低频率为6MHz，波长为50m，则可以设置边界大小为35m*50m*30m。设置边界条件为辐射边界条件，其中，辐射边界条件可以对辐射到远场的电磁波进行很好的吸收与截断，能减小求解区域的同时，保证求解精度。
步骤4、设置仿真模型中机载天线的频带内及频带外范围，并设置合理的步长进行扫频仿真计算
对机载天线的典型带内频点和带外频点的电磁辐射特性分别进行仿真计算。例如：在短波频段内，计算2MHz～30MHz频带内，以频点2MHz为初始频率，以3KHz为步长进行扫频仿真计算，直到30MHz，分别计算其电磁辐射特性；频带外如关心40MHz～60MHz，则在此频带内进行带外电磁特性仿真。
步骤5、利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性
利用基于有限元算法的HFSS电磁场数值计算软件，采用自适应迭代方式，对每两次计算结果的差作为迭代精度，判断迭代误差是否小于设定的迭代误差阈值θ，其中，迭代误差阈值θ典型值为0.01，若不满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则利于HFSS继续迭代运算；若满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则仿真结束。在自适应迭代法中，每一次新的计算会对上一次计算所剖分的网格进行细化，并且在靠近天线处以及飞机表面曲率较大的地方，如，机背处、机翼前端以及机头前端的网格会剖分的更加细致，从而保证仿真的准确。

Claims (7)

1.一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、建立飞机仿真模型；
步骤2、对机载钢索天线进行建模；
步骤3、对仿真模型设置边界条件；
步骤4、设置仿真模型中机载天线的频带内及频带外范围，并设置合理的步长进行扫频仿真计算；
步骤5、利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性。
2.根据权利要求1所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的步骤1中建立飞机仿真模型具体步骤为：
根据待安装短波天线飞机的实际几何尺寸，在电磁场数值计算软件平台上建立飞机的全尺寸仿真模型，其中，飞机全尺寸仿真模型与飞机实际几何模型相比，进行适当的等效化简，忽略机翼下方的副油箱和机腹处的起落架；建模时将机身材料选择为铝材料。
3.根据权利要求1所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的步骤2中对机载钢索天线进行建模的具体步骤为：
根据钢索天线的实际位置，在机身上方建立钢索天线模型，并根据实际天线的长度和直径，对钢索天线进行全尺寸建模；建模时将钢索天线的材料设置为钢材料。
4.根据权利要求1或3所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的钢索天线的馈电端位于安装钢索天线的机身前端，并采用同轴馈电方式；在钢索天线最末端设置圆形馈电片，在馈电片上设置激励源，激励源由圆片最外端指向圆心，即同轴线外皮指向内心；同时，设置钢索天线输入功率值。
5.根据权利要求1所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的步骤3中对仿真模型设置边界条件具体步骤为：
对已经建立好的飞机与机载天线的模型仿真，需要建立边界条件；边界大小要满足仿真模型距离边界的最小距离大于等于四分之一波长，即最低频率所对应的波长。
6.根据权利要求1所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的步骤5中利用电磁场数值计算软件，计算短波天线电磁特性的具体步骤为：
利用基于有限元算法的电磁场数值计算软件，采用自适应迭代方式，对每两次计算结果的差作为迭代精度，判断迭代误差是否小于设定的迭代误差阈值θ，若不满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则利于该电磁场数值计算软件继续迭代运算；若满足迭代误差小于迭代误差阈值θ，则仿真结束。
7.根据权利要求6所述的一种信息回传系统短波天线电磁特性数值仿真模型建模方法，其特征在于：所述的迭代误差阈值θ典型值为0.01。
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