CN106154058A - 一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法，该计算方法考虑到了天线辐射强度沿半径射线方向的单调递减性质，采用柱坐标表示空间计算点，准确有方向的获取辐射等强度曲面点，而且计算结果便于天线辐射等强度曲面的快速绘制，从而极大的提升了计算和绘制效率。

Description

一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法

技术领域

本发明涉及天线辐射强度仿真计算领域，尤其涉及一种天线辐射等强度曲面的计算方法。

背景技术

随着移动网络的迅速发展，信号发射天线的安装和布置也日趋频繁，尤其是在人口密度较大的城市，需要布置大量的移动信号发射天线，而大功率的天线会产生一定的辐射。我国现行的电磁辐射防护标准(GB8702－88)为40微瓦/平方厘米，比欧美各工业化国家具有更加严格的标准，如：美国1982年颁布的标准是3000微瓦/平方厘米，欧盟现行的标准是450微瓦/平方厘米。而且，在我国只有符合安全标准的设备才能入网。因此，作为网络运营商，需要严格执行国家相关标准，在移动基站的网络规划上从用户角度出发，对基站布点进行严格的覆盖优化设计，保障基站附近居民生活安全。为达到以上目的，需要计算天线的安全辐射等强度曲面，以辅助天线的选址和安装。传统的计算等强度曲面的方法需要进行大量的仿真和计算，从而使得计算速度较慢、降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决现有的天线辐射等强度曲面的计算方法由于需要大量的仿真和计算，从而导致工作效率低的技术问题，提供一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法，通过该计算方法能够高效率的计算并显示天线辐射等强度曲面。

为实现上述目的，本发明提出一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法，所述的计算方法包括以下步骤：

步骤1)采用柱面坐标(H，A，R)表示空间中的计算点，由高度H和角度A确定其中一层平面上某一角度的半径射线R，并设定高度H、角度A和半径射线R的初始值均为0，设定所述高度H的最大值为maxH，设定天线辐射等强度曲面的辐射强度为P，设定高度增长步长为dH，角度增长步长为dA，半径射线增长步长为dR；

步骤2)计算柱面坐标为(H,A,R)处计算点的辐射强度，若该计算点的辐射强度小于辐射强度P，则执行步骤3)，若该计算点的辐射强度大于辐射强度P，则将半径射线R按照步长dR依次递增，即R＝R+dR，直至某计算点的辐射强度小于辐射强度P，则确定该计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤3)将半径射线R按照步长dR依次递减，即R＝R-dR，直至某计算点的辐射强度大于辐射强度P或R小于0，则确定其前一计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤4)停止高度H和角度A上的半径射线R的点辐射强度计算，并将角度A按步长dA增长后执行步骤2)，确定下一条半径射线重复步骤2)进行计算，直到角度A的值等于360°后停止该平面上的计算，执行步骤5)；

步骤5)将高度H按步长dH增长，确定下一层平面，重新初始化角度A为0后执行步骤2)，直到高度H的值大于设定的高度范围maxH后，停止所有的点辐射强度计算，执行步骤6)；

步骤6)将node[i][j]、node[i][j+1]、node[i+1][j]构成的三角形作为曲面微元，得到的所有曲面微元即形成天线辐射等强度曲面，其中node[i][j]表示第i层平面上的第j个计算点，按照步骤2)、3)、4)、5)计算后，得到共m＝maxH/dH层平面，每层平面上有n＝360/dA个等强度点。

作为上述技术方案的进一步改进，所述柱面坐标为(H，A，R)处计算点的辐射强度计算公式表示为：

$S=100\×\frac{\mathrm{Pt}\×\mathrm{Gt}}{4\×\mathrm{\π}\×d^2}\mathrm{\μW}/c{m}^2$

其中，Pt为天线发射功率，Gt为天线增益，d为计算点距离天线的距离。

本发明的一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法优点在于：

本方法的计算过程是利用辐射等强度曲面的空间连续性，确定辐射等强度曲面点的估计位置，从而缩短获得辐射等强度曲面点的时间；同时，本方法在计算过程中考虑到了天线辐射强度沿半径射线方向的单调递减性质，采用柱坐标表示空间计算点，可以准确有方向的获取辐射等强度曲面点，而且计算结果便于天线辐射等强度曲面的快速绘制。因此，采用本发明的天线辐射等强度曲面的计算方法极大的提升了计算和绘制效率。

附图说明

图1是本发明的一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法，包括：

步骤1)采用柱面坐标(H，A，R)表示空间中的计算点，由高度H和角度A确定其中一层平面上某一角度的半径射线R，并设定天线辐射强度计算的最大高度为maxH，设定天线辐射等强度曲面的辐射强度为P；设定高度增长步长为dH、角度增长步长为dA、半径射线增长步长为dR；设定计算点高度H、角度A和半径射线R的初始值均为0，初始化计算结果集二维数组node[m][n]，其中，node[i][j]表示第i层平面上的第j个计算点，所述平面的层数m＝maxH/dH，每层平面上的等强度点个数n＝360/dA。

根据设定的高度H得到平行于水平面的计算平面，根据设定的角度A得到高度H中计算平面上的一条半径射线R。

步骤2)计算柱面坐标为(H,A,R)的计算点处的天线辐射强度，若为某一角度上的半径曲线首次计算，则设定R为0，否则设定R为前一计算角度上的半径射线所得等强度曲面的计算点半径，计算天线辐射在计算点(H，A，R)处的辐射强度，可采用以下公式计算获得：

采用功率通量密度表示辐射强度，其计算公式为：

$S=100\×\frac{\mathrm{Pt}\×\mathrm{Gt}}{4\×\mathrm{\π}\×d^2}\mathrm{\μW}/c{m}^2$

其中，Pt为天线发射功率，假设天线发射功率为20W；Gt为天线增益，可通过查找天线射频指标表获得，假设计算点柱面坐标为(H＝20m，A＝30°，R＝5m)，天线高度为10m，则查表获得该点天线增益为14dBi；d为辐射计算点距离天线距离，可由计算公式得到利用公式可得到该点天线辐射强度为： $S=100\×20\×\frac{{10}^{\frac{14}{10}}}{4\×\mathrm{\π}\×11.1^2}=32.4\mathrm{\μW}/c{m}^2.$

上述的天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，其增益越高。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。

根据计算所得计算点的辐射强度与设定的辐射强度P的大小关系，分两种情况进行：

若该计算点的辐射强度小于辐射强度P，则执行步骤3)，若该计算点的辐射强度大于辐射强度P，则将半径射线R按照步长dR依次递增，即将R设为R+dR，计算相应点的辐射强度，直到某计算点的辐射强度小于辐射强度P，则确定该计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤3)将半径射线R按照步长dR依次递减，即将R设为R-dR，直到某计算点的辐射强度大于辐射强度P或R小于0，则确定其前一计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤4)停止高度H和角度A上的半径射线R的点辐射强度计算；将角度A按步长dA增长，即另A＝A+dA，并判断角度A是否等于360°，若是，则执行步骤5)，否则，跳至步骤2)继续计算；

步骤5)将高度H按步长dH增长，即另H＝H+dH，将角度A的值设定为0，并判断高度H是否大于maxH，若是，则停止所有的点辐射强度计算，执行步骤6)，否则，跳至步骤2)继续计算。

步骤6)此时结果集二维数组node[m][n]全部赋值完毕，利用该结果集绘制出辐射强度为P的天线辐射等强度曲面。具体的绘制过程为：采用以上步骤计算所得结果集中，将node[i][j]、node[i][j+1]、node[i+1][j]构成的三角形作为曲面微元，得到的所有曲面微元即形成了所述天线辐射等强度曲面。其中，总共有m＝maxH/dH个平面，每个平面上有n＝360/dA个等强度点，即总共有m*n个等强度点。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种用于天线辐射等强度曲面的计算方法，其特征在于，包括：

步骤1)采用柱面坐标(H，A，R)表示空间中的计算点，由高度H和角度A确定其中一层平面上某一角度的半径射线R，并设定高度H、角度A和半径射线R的初始值均为0，设定所述高度H的最大值为maxH，设定天线辐射等强度曲面的辐射强度为P，设定高度增长步长为dH、角度增长步长为dA、半径射线增长步长为dR；

步骤2)计算柱面坐标为(H，A，R)处计算点的辐射强度，若该计算点的辐射强度小于辐射强度P，则执行步骤3)，若该计算点的辐射强度大于辐射强度P，则将半径射线R按步长dR依次递增，直至某计算点的辐射强度小于辐射强度P，则确定该计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤3)将半径射线R按步长dR依次递减，直至某计算点的辐射强度大于辐射强度P或R<0，则确定其前一计算点为天线辐射等强度曲面上的点，执行步骤4)；

步骤4)停止高度H和角度A上的半径射线R的点辐射强度计算，将角度A按步长dA增长后执行步骤2)，直至角度A的值等于360°执行步骤5)；

步骤5)将高度H按步长dH增长，并将角度A的值设定为0后执行步骤2)，直至高度H的值大于maxH停止所有的点辐射强度计算，执行步骤6)；

步骤6)将node[i][j]、node[i][j+1]、node[i+1][j]构成的三角形作为曲面微元，得到的所有曲面微元即形成天线辐射等强度曲面，其中node[i][j]表示第i层平面上的第j个计算点，所述平面的层数m＝maxH/dH，每层平面上的等强度点个数n＝360/dA。

2.根据权利要求1所述的用于天线辐射等强度曲面的计算方法，其特征在于，所述柱面坐标为(H，A，R)处计算点的辐射强度计算公式表示为：

$S=100\&times;\frac{\mathrm{Pt}\&times;\mathrm{Gt}}{4\&times;\mathrm{\&pi;}\&times;d^2}\mathrm{\&mu;W}/{\mathrm{cm}}^2$

其中，Pt为天线发射功率，Gt为天线增益，d为计算点距离天线的距离。