CN108268674A - 天线罩的电性能评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线罩的电性能评估方法及装置，该天线罩的电性能评估方法包括：根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；获取天线罩的模型数据信息，并根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；根据天线的远场信息及天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。通过实际测量天线的辐射近区电场信息，获取到天线的口径面电场信息，进而得到天线罩的性能参数信息，从而在不依靠天线数模输入的情况下，保证计算精度、大大提高了“天线+天线罩”的天线系统电性能评估的可操作性。

Description

天线罩的电性能评估方法及装置

技术领域

本发明涉及天线领域，具体来说，涉及一种天线罩的电性能评估方法及装置。

背景技术

现有技术中，通常利用物理光学算法，根据天线口径面电场分布或天线平面波谱与天线口径面电场分布之间存在的傅里叶变换关系，计算入射到天线罩内壁上的近区场，然后，仿照几何光学的射线原理，计算局部平面上的透射和反射场。

但是这种电性能评估方法存在非常明显的缺陷，例如：天线口径面电场信息通常是基于对天线数模进行全波仿真获取得到，在无天线数模的情况下，通常采用近似建模来仿真。并且，对于带有复杂工装结构的天线系统，全波仿真前通常必须对模型作简化处理。上述例子均会与实际的天线系统的辐射特性存在一定差别。

因此，现有技术中，在无法获取到天线精确的数模或天线系统比较复杂时，通常无法实现对天线罩电性能的高精度评估。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种天线罩的电性能评估方法及装置，能够在不依靠天线精确的数模输入的情况下，有效评估天线罩的电性能，在保证计算精度的情况下，大大的提高了天线罩电性能评估的可操作性。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种天线罩的电性能评估方法。天线罩和设置在天线罩内的天线组成天线系统，该电性能评估方法包括：

根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；

获取天线罩的模型数据信息，并根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；

根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；

根据天线的远场信息及天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。

在一个优选的实施例中，在根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息之后，还包括：

对天线的口径面电场信息进行近远场变换以得到与天线的口径面电场信息对应的远场信息的计算值；

将实际测量获取的天线的口径面远场信息的测量值与天线的口径面远场信息的计算值进行比对，以对天线的口径面电场信息进行核验。

在一个优选的实施例中，将实际测量获取的远场信息的测量值与远场信息的计算值进行比对，以对天线的口径面电场信息进行核验，包括：

将天线的口径面远场信息的计算值与天线的口径面远场信息的测量值进行比较；

若远场信息的计算值与远场信息的测量值的差值未超出预定阈值，则将天线的口径面电场信息作为天线的实际口径面电场信息；

若差值超出预定阈值，则调整天线的辐射近区电场信息的测试参数，并返回根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息的步骤。

在一个优选的实施例中，根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息，包括：

对天线罩的模型数据信息进行数模预处理，以得到简化的天线罩的模型数据信息，且简化的天线罩的模型数据信息以天线口面中心为平面坐标系原点，天线口面与平面坐标系位于同一平面内；

对简化的天线罩的模型数据信息进行离散剖分和提取以获取天线罩的剖分面元信息。

在一个优选的实施例中，天线罩的剖分面元信息包括：剖分面元中心点坐标(x，y，z)、剖分面元法向量和剖分面元面积ds。

在一个优选的实施例中，根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息，包括：

根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线辐射到天线罩的入射场信息，天线罩内表面的入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1，并按照下式进行计算：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量；天线的口径面电场信息包括天线口径激励的电场E_a；i为大于1的整数。

在一个优选的实施例中，根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息，还包括：

获取天线罩的散射参量信息；

根据天线罩的散射参量信息以及天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，透射场信息包括一次透射场的电场矢量E_o1、一次透射场的磁场矢量H_o1和二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2；

根据天线罩的透射场信息和天线罩的剖分面元信息，按照下或计算出天线系统的远场信息E^t(θ,φ)：

在一个优选的实施例中，根据天线罩的散射参量信息以及天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，包括：

参照剖分面元法向量和入射波传播方向矢量所定义的入射面以及入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向的方向矢量和垂直方向的方向矢量进行极化波分解，并按照下式进行计算分别得到垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

根据平面电磁场传播特性和散射参量信息，按照下式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量

其中，入射场信息包括入射角度θ_i1；

根据一次透射场电场矢量的垂直分量和一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量E_o1，根据一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量H_o1；

按照下式计算一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r：

其中，表示入射波的反射方向矢量，且

按照下式计算二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2：

在一个优选的实施例中，获取天线罩的散射参量信息包括：对天线罩进行全波仿真以获取天线罩的散射参量信息。

在一个优选的实施例中，对天线罩的模型数据信息进行数模预处理包括：对天线罩的模型数据信息进行简化处理、平移处理、旋转处理。

在一个优选的实施例中，电性能参数信息至少包括下列之一：功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。

根据本发明的另一方面，提供了一种天线罩的电性能评估装置。天线罩和设置在天线罩内的天线组成天线系统，该电性能评估装置包括：

电场信息获取模块，用于根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；

面元信息获取模块，用于获取天线罩的模型数据信息，并根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；

远场信息计算模块，连接于电场信息获取模块和面元信息获取模块，用于根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；以及

电性能参数计算模块，连接于远场信息计算模块，用于根据天线的远场信息及天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。

在一个优选的实施例中，电场信息获取模块包括：

变换模块，用于对天线的口径面电场信息进行近远场变换以得到对应的远场信息的计算值；

核验模块，用于将实际测量获取的远场信息的测量值与远场信息的计算值进行比对，以对天线的口径面电场信息进行核验。

在一个优选的实施例中，核验模块包括：

比较子模块，用于将天线的远场信息的计算值与远场信息的测量值进行比较；以及

处理子模块，若远场信息的计算值与远场信息的测量值的差值未超出预定阈值，则处理子模块将天线的口径面电场信息作为天线的口径面电场信息；以及

若差值超出预定阈值，则处理子模块调整天线的辐射近区电场信息的测试参数，并由电场信息获取模块根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息。

在一个优选的实施例中，面元信息获取模块包括：

预处理子模块，用于对天线罩的模型数据信息进行数模预处理，以得到简化的天线罩的模型数据信息，且简化的天线罩的模型数据信息以天线口面中心为平面坐标系原点，天线口面与平面坐标系位于同一平面内；

面元信息提取子模块，用于对简化的天线罩的模型数据信息进行离散剖分和提取以获取天线罩的剖分面元信息。

在一个优选的实施例中，天线罩的剖分面元信息包括：剖分面元中心点坐标(x，y，z)、剖分面元法向量和剖分面元面积ds。

在一个优选的实施例中，远场信息计算模块包括：

入射场计算子模块，用于根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线辐射到天线罩的入射场信息；天线罩内表面的入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1，并按照下式进行计算：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量；天线的口径面电场信息包括天线口径激励的电场E_a；i为大于1的整数。

在一个优选的实施例中，远场信息计算模块还包括：

散射参量获取子模块，用于获取天线罩的散射参量信息；

透射场信息计算子模块，用于根据天线罩的散射参量信息以及天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，透射场信息包括一次透射场的电场矢量E_o1、一次透射场的磁场矢量H_o1和二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2；

天线系统远场计算子模块，用于根据天线罩的透射场信息和天线罩的剖分面元信息，按照下或计算出天线系统的远场信息Et(θ,φ)：

在一个优选的实施例中，透射场信息计算子模块包括：

极化分解单元，用于参照剖分面元法向量和入射波传播方向矢量所定义的入射面以及入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向的方向矢量和垂直方向的方向矢量进行极化波分解，并按照下式进行计算分别得到垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

透射场信息计算单元，用于根据平面电磁场传播特性和散射参量信息，按照下式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量

其中，入射场信息包括入射角度θ_i1；

根据一次透射场电场矢量的垂直分量和一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量E_o1，根据一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量H_o1；

按照下式计算一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r：

其中，表示入射波的反射方向矢量，且

按照下式计算二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2：

在一个优选的实施例中，散射参量获取子模块包括：

全波仿真单元，用于对天线罩进行全波仿真以获取天线罩的散射参量信息。

在一个优选的实施例中，预处理子模块包括：简化处理单元、平移处理单元、和旋转处理单元；其中，简化处理单元、平移处理单元、和旋转处理单元分别用于对天线罩的模型数据信息进行简化处理、平移处理、旋转处理。

在一个优选的实施例中，电性能参数信息至少包括下列之一：功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。

本发明通过实际测量天线的辐射近区电场信息，获取到天线的口径面电场信息，进而得到天线罩的电性能参数信息，从而在不依靠天线精确的数模或天线系统比较复杂情况下，保证计算精度，并且大大的提高了天线罩电性能评估的可操作性，有效提高计算精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的天线罩的电性能评估方法的流程图；

图2是根据本发明的天线罩的电性能评估方法的实施例的流程图；

图3是根据本发明的天线罩的电性能评估方法的具体实施例的流程图；

图4是根据本发明的天线罩的电性能评估装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种天线罩的电性能评估方法。

如图1所示，根据本发明实施例的天线罩的电性能评估方法包括：

步骤S101，根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息。

步骤S103，获取天线罩的模型数据信息，并根据所述天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息。

步骤S105，根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息。

步骤S107，根据所述天线的远场信息及所述天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。

通过本发明的上述方案，能够在不依靠天线精确的数模或天线系统比较复杂情况下，保证计算精度，并且大大的提高了天线罩电性能评估的可操作性，有效提高计算精度。

图2-3示为本发明的天线罩的电性能评估方法的具体实施例，下面参照图2对本发明的电性能评估方法进行详细阐述，在图2-3中：

首先，获取天线罩的数模输入(模型数据信息)，模型数据信息中包括及天线罩的模型参数，天线及天线罩位置信息，天线馈电形式及工作频率范围等用于表征天线及天线罩工作状态的相关信息。

如图2-3所示，电性能评估方法进入数模预处理阶段。数模预处理为对天线罩的模型数据信息进行简化、平移、旋转等处理，使简化后的天线罩模型以天线口面中心为坐标系的原点，口面所在平面位于坐标轴所在平面。其中，简化处理为将复杂的模型数据信息进行简化。

参照图2-3，在天线罩数模预处理之后，还包括有剖分及信息提取阶段，主要针对天线罩的模型数据参数信息。

继续参照图2-3，电性能评估方法进入入射场计算阶段。在该阶段中，首先判断是否存在天线精确的数模或天线系统的复杂度。造成天线无法精确仿真的原因有多种，本发明中只列举其中一种作为参考，例如：在实际对天线罩的电性能评估中，制造商出于保密原因不提供天线真实的数模。

在无法通过仿真的方式获取口径面电场信息的情况下，本发明所提供的电性能评估方法可通过对天线的近场(辐射近区)进行测量，获取到近场信息，其中，近场信息用于表示近场的电场分布，包括但不限于：幅度、相位、空间坐标等。通过实际测量获取到的近场信息，进一步通过反投影算法计算得到离天线口径面任意距离且与天线口径面平行的平面上的电场分布，即为口径面电场信息。

为确保计算后的口径面电场信息与实际的口径面电场参数相同，则需要进行核验。具体的，将所述天线口径面电场计算值进行近远场变换处理，得到对应的远场信息，其与实际测量的远场进行比较，如果两者之间的差别超出预定阈值，则说明测量得到的近场信息欠缺，导致近远场计算未收敛，需调整天线测试参数，重新测量所述天线的辐射近区电场信息。如果两者之间的差别未超出预定阈值，则认定所述天线的口径面电场信息近似为所述天线的实际口径面电场Ε_a(x₀,y₀,z₀)。

参照图2-3，在数模预处理之后，还包括有剖分及信息提取阶段，主要针对天线罩的模型数据参数信息。在该阶段，对预处理后的天线罩内壁进行离散剖分，从而获取天线罩多个对应的离散面元，离散点位置可用面元中心点坐标(x,y,z)表示。剖分面元的信息包括：剖分面元中心点坐标、剖分面元法向量以及剖分面元面积ds。

然后，根据天线仿真及剖分面元提取的信息，选择不同的算法，计算天线辐射到天线罩内壁的入射场信息，该入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1、入射场的磁场矢量H_i1，入射波传播方向入射角度θ_i1，电场极化角度β_i1。其中i为大于1的整数。

计算上述入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1的计算方法包括：1，根据口径面电、磁场信息与剖分面元中心点坐标进行计算的口径积分-表面积分算法(ApertureIntegration-Surface Integration，AI-SI算法)；2，根据口径面电、磁场信息与剖分面元中心点坐标进行计算的平面波谱-表面积分算法(Plane Wave Spectrum-SurfaceIntegration，PWS-SI算法)。

优选地，通过AI-SI算法、利用下列公式来计算入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量。

可选地，通过PWS-SI算法、利用下列公式来计算入射场的电场矢量E_i1：

其中，(x₀,y₀,z₀)为天线口径上源点的坐标,(x,y,z)为天线罩上场点的坐标；E^t(x₀,y₀,z₀)为天线口径面电场信息Ε_a中Ε_a(x₀,y₀,z₀)的切向分量；k_x表示自由空间矢量波数在三维笛卡尔坐标系中的x轴分量，k_y为表示自由空间矢量波数在三维笛卡尔坐标系中的y轴分量。

进一步地，再由下列公式分别计算入射波传播方向矢量入射角度θ_i1，和电场极化角度β_i1：

其中，为入射电场极化方向的单位矢量；Re表示取实部，为H_i1的共轭数。

参照图2-3，电性能评估方法还包括天线罩叠层的散射参数计算阶段。主要是指天线罩以周期单元叠层组合的形式近似，对单个周期单元叠层结构结合周期性边界进行全波仿真，获取平行于入射面和垂直于入射面的平面波，在不同频点、不同入射角度下的散射参量信息。再根据电性能评估所需计算的频点，对仿真所得各个入射角度下的散射参量信息作频率维度的插值操作。接着，抽取所计算频点下随入射角变化的散射参量信息，并对散射参量中的相位信息作解缠绕处理，即对相位作周期延展操作，再根据入射场计算阶段所得入射角度，对计算频点下，随入射角变化的散射参量，作入射角度维度的插值处理，从而得到计算频点下，天线罩内壁上各剖分面元中心点处对应入射角下的散射参量信息，该散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

继续参照图2-3，电性能评估方法还包括透射电磁场计算阶段，在该阶段中，首先参照剖分面元法向及入射电磁波传播方向所定义的入射面入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向和垂直方向进行极化波分解，得到两个正交分量，即：垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

再根据电磁波传播特性，对正交极化波与散射参量信息作运算，并矢量叠加，分别通过下列公式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量以及一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r。

其中，表示入射波的反射方向矢量，且进一步地，可以通过一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量Eo₁，通过一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量Ho₁。

下面根据曲面口径积分法，以天线罩内表面作为积分场点，计算反射场对每一场点的反射传播场，得到天线罩上场点处的二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2。曲面口径积分法涉及的计算公式如下：

式中，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，λ₀为自由空间波长；ε代表介电常数，μ代表磁导率；ρ＝|r-r'|为源点到场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线罩上源点的位置矢量；为天线罩源点所在剖分面元的单位法向向量。

再参照一次透射场的电场矢量E_o1和一次透射场的磁场矢量H_o1的计算，得到二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2。该步骤能有效评估介质天线罩以及带微结构叠层的超材料天线罩对电磁波的电磁响应特性，计算精度大大提高，弥补了传统技术中难以直接计算带微结构叠层的超材料天线罩的电磁响应特性的缺陷。

接下来，在远场计算及指标提取阶段中，利用一次入射场信息与天线罩的面元法向量以及面元面积信息，根据Stratton-Chu公式及表面积分，计算出纯天线的远场信息。再利用一、二次透射场信息与天线罩的面元法向量以及面元面积信息，根据Stratton-Chu公式及表面积分，计算出“天线+天线罩”系统一次透射场的远场电场矢量和二次透射场的远场电场矢量即分别得到直射瓣和反射瓣信息。

Stratton-Chu公式及表面积分求解远场电场矢量和可以根据下列公式进行计算：

随后，对直射瓣和反射瓣作矢量叠加运算，得出“天线+天线罩”系统的远场信息E^t，即：再结合纯天线的远场信息，对远场参数信息进行相应的指标计算，从而获得与天线罩相关的电性能参数。性能参数包括但不限于：功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。

根据实施例中，提供一种天线罩的电性能评估方法，该电性能评估方法包括：根据实际测量的天线的辐射近区电场信息，计算出所述天线的口径面电场信息；对所述天线罩内壁进行剖分，获取所述天线罩的剖分面元信息；根据所述口径面电场信息和所述剖分面元信息，获取所述“天线+天线罩”系统的远场信息；根据所述“天线+天线罩”系统的远场信息，计算出所述天线罩的性能参数信息。

根据另一个实施例，还提供一种天线罩的电性能评估装置，该天线罩的电性能评估装置应用上述实施例中的天线罩的电性能评估方法。

具体地，如图4所示，天线罩和设置在天线罩内的天线组成天线系统，电性能评估装置包括：电场信息获取模块，用于根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；面元信息获取模块，用于获取天线罩的模型数据信息，并根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；远场信息计算模块，连接于电场信息获取模块和面元信息获取模块，用于根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；以及电性能参数计算模块，连接于远场信息计算模块，用于根据天线的远场信息及天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。

在一个实施例中，电场信息获取模块包括：

变换模块，用于对天线的口径面电场信息进行近远场变换以得到对应的远场信息的计算值；

核验模块，用于将实际测量获取的远场信息的测量值与远场信息的计算值进行比对，以对天线的口径面电场信息进行核验。

在一个实施例中，核验模块包括：

比较子模块，用于将天线的远场信息的计算值与远场信息的测量值进行比较；以及

处理子模块，若远场信息的计算值与远场信息的测量值的差值未超出预定阈值，则处理子模块将天线的口径面电场信息作为天线的口径面电场信息；以及

若差值超出预定阈值，则处理子模块调整天线的辐射近区电场信息的测试参数，并由电场信息获取模块根据测量来获取天线辐射近区电场信息，并根据近区电场信息计算出天线的口径面电场信息。

在一个实施例中，面元信息获取模块包括：

预处理子模块，用于对天线罩的模型数据信息进行数模预处理，以得到简化的天线罩的模型数据信息，且简化的天线罩的模型数据信息以天线口面中心为平面坐标系原点，天线口面与平面坐标系位于同一平面内；

面元信息提取子模块，用于对简化的天线罩的模型数据信息进行离散剖分和提取以获取天线罩的剖分面元信息。

在一个优选的实施例中，天线罩的剖分面元信息包括：剖分面元中心点坐标(x，y，z)、剖分面元法向量和剖分面元面积ds。

在一个优选的实施例中，远场信息计算模块包括：

入射场计算子模块，用于根据天线的口径面电场信息和天线罩的剖分面元信息，计算出天线辐射到天线罩的入射场信息；天线罩内表面的入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1，并按照下式进行计算：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量；天线的口径面电场信息包括天线口径激励的电场E_a。

在一个实施例中，远场信息计算模块还包括：

散射参量获取子模块，用于获取天线罩的散射参量信息；

透射场信息计算子模块，用于根据天线罩的散射参量信息以及天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，透射场信息包括一次透射场的电场矢量E_o1、一次透射场的磁场矢量H_o1和二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2；

天线系统远场计算子模块，用于根据天线罩的透射场信息和天线罩的剖分面元信息，按照下或计算出天线系统的远场信息E^t(θ,φ)：

在一个实施例中，透射场信息计算子模块包括：

极化分解单元，用于参照剖分面元法向量和入射波传播方向矢量所定义的入射面以及入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向的方向矢量和垂直方向的方向矢量进行极化波分解，并按照下式进行计算分别得到垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

透射场信息计算单元，用于根据平面电磁场传播特性和散射参量信息，按照下式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量

其中，入射场信息包括入射角度θ_i1；

根据一次透射场电场矢量的垂直分量和一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量E_o1，根据一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量H_o1；

按照下式计算一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r：

其中，表示入射波的反射方向矢量，且

按照下式计算二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2：

在一个实施例中，散射参量获取子模块包括：

全波仿真单元，用于对天线罩进行全波仿真以获取天线罩的散射参量信息。

在一个实施例中，预处理子模块包括：简化处理单元、平移处理单元、和旋转处理单元；其中，简化处理单元、平移处理单元、和旋转处理单元分别用于对天线罩的模型数据信息进行简化处理、平移处理、旋转处理。

在一个实施例中，电性能参数信息至少包括下列之一：功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过际测量天线的辐射近区电场信息，获取到天线的口径面电场信息，进而得到天线罩的性能参数信息，从而在不依靠天线数模输入的情况下，保证计算精度，大大的提高了天线罩电性能评估的可操作性，有效提高计算精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种天线罩的电性能评估方法，所述天线罩和设置在所述天线罩内的天线组成天线系统，其特征在于，所述电性能评估方法包括：

根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；

获取天线罩的模型数据信息，并根据所述天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；

根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；

根据所述天线的远场信息及所述天线系统的远场信息，计算出天线罩的电性能参数信息。

2.根据权利要求1所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，在根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息之后，还包括：

对所述天线的口径面电场信息进行近远场变换以得到与所述天线的口径面电场信息对应的远场信息的计算值；

将实际测量获取的所述天线的口径面远场信息的测量值与所述天线的口径面远场信息的计算值进行比对，以对所述天线的口径面电场信息进行核验。

3.根据权利要求2所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，将实际测量获取的远场信息的测量值与所述远场信息的计算值进行比对，以对所述天线的口径面电场信息进行核验，包括：

将所述天线的口径面远场信息的计算值与所述天线的口径面远场信息的测量值进行比较；

若所述远场信息的计算值与所述远场信息的测量值的差值未超出预定阈值，则将所述天线的口径面电场信息作为天线的实际口径面电场信息；

若所述差值超出所述预定阈值，则调整所述天线的辐射近区电场信息的测试参数，并返回根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息的步骤。

4.根据权利要求1所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，根据天线罩的模型数据信息获取所述天线罩的剖分面元信息，包括：

对所述天线罩的模型数据信息进行数模预处理，以得到简化的天线罩的模型数据信息，且所述简化的天线罩的模型数据信息以天线口面中心为平面坐标系原点，所述天线口面与所述平面坐标系位于同一平面内；

对所述简化的天线罩的模型数据信息进行离散剖分和提取以获取所述天线罩的剖分面元信息。

5.根据权利要求4所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，

所述天线罩的剖分面元信息包括：剖分面元中心点坐标(x，y，z)、剖分面元法向量和剖分面元面积ds。

6.根据权利要求5所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息，包括：

根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线辐射到天线罩的入射场信息，所述天线罩内表面的入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1，并按照下式进行计算：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量；所述天线的口径面电场信息包括天线口径激励的电场E_a；i为大于1的整数。

7.根据权利要求6所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息，还包括：

获取天线罩的散射参量信息；

根据所述天线罩的散射参量信息以及所述天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，所述透射场信息包括一次透射场的电场矢量E_o1、一次透射场的磁场矢量H_o1和二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2；

根据所述天线罩的透射场信息和所述天线罩的剖分面元信息，按照下或计算出所述天线系统的远场信息E^t(θ,φ)：

8.根据权利要求7所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，根据所述天线罩的散射参量信息以及所述天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，包括：

参照剖分面元法向量和入射波传播方向矢量所定义的入射面以及入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向的方向矢量和垂直方向的方向矢量进行极化波分解，并按照下式进行计算分别得到垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

所述散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

根据平面电磁场传播特性和所述散射参量信息，按照下式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量

其中，所述入射场信息包括入射角度θ_i1；

根据一次透射场电场矢量的垂直分量和一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量E_o1，根据一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量H_o1；

按照下式计算一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r：

其中，表示入射波的反射方向矢量，且

按照下式计算二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2：

9.根据权利要求7所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，获取所述天线罩的散射参量信息包括：

对所述天线罩进行全波仿真以获取所述天线罩的散射参量信息。

10.根据权利要求4所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，对所述天线罩的模型数据信息进行数模预处理包括：

对所述天线罩的模型数据信息进行简化处理、平移处理、旋转处理。

11.根据权利要求1所述的天线罩的电性能评估方法，其特征在于，所述电性能参数信息至少包括下列之一：

功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。

12.一种天线罩的电性能评估装置，所述天线罩和设置在所述天线罩内的天线组成天线系统，其特征在于，所述电性能评估装置包括：

电场信息获取模块，用于根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息；

面元信息获取模块，用于获取天线罩的模型数据信息，并根据所述根据天线罩的模型数据信息获取天线罩的剖分面元信息；

远场信息计算模块，连接于所述电场信息获取模块和所述面元信息获取模块，用于根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线的远场信息和天线系统的远场信息；以及

电性能参数计算模块，连接于所述远场信息计算模块，用于根据所述天线的远场信息及所述天线系统的远场信息，计算出所述天线罩的电性能参数信息。

13.根据权利要求12所述的电性能评估装置，其特征在于，所述电场信息获取模块包括：

变换模块，用于对所述天线的口径面电场信息进行近远场变换以得到对应的远场信息的计算值；

核验模块，用于将实际测量获取的远场信息的测量值与所述远场信息的计算值进行比对，以对所述天线的口径面电场信息进行核验。

14.根据权利要求13所述的电性能评估装置，其特征在于，所述核验模块包括：

比较子模块，用于将所述天线的所述远场信息的计算值与所述远场信息的测量值进行比较；以及

处理子模块，若所述远场信息的计算值与所述远场信息的测量值的差值未超出预定阈值，则所述处理子模块将所述天线的口径面电场信息作为天线的口径面电场信息；以及

若所述差值超出所述预定阈值，则所述处理子模块调整所述天线的辐射近区电场信息的测试参数，并由所述电场信息获取模块根据测量来获取所述天线辐射近区电场信息，并根据所述近区电场信息计算出天线的口径面电场信息。

15.根据权利要求12所述的电性能评估装置，其特征在于，所述面元信息获取模块包括：

预处理子模块，用于对所述天线罩的模型数据信息进行数模预处理，以得到简化的天线罩的模型数据信息，且所述简化的天线罩的模型数据信息以天线口面中心为平面坐标系原点，所述天线口面与所述平面坐标系位于同一平面内；

面元信息提取子模块，用于对所述简化的天线罩的模型数据信息进行离散剖分和提取以获取所述天线罩的剖分面元信息。

16.根据权利要求15所述的电性能评估装置，其特征在于，

所述天线罩的剖分面元信息包括：剖分面元中心点坐标(x，y，z)、剖分面元法向量和剖分面元面积ds。

17.根据权利要求16所述的电性能评估装置，其特征在于，远场信息计算模块包括：

入射场计算子模块，用于根据所述天线的口径面电场信息和所述天线罩的剖分面元信息，计算出天线辐射到天线罩的入射场信息；所述天线罩内表面的入射场信息包括第i个剖分面元对应场点处的入射场的电场矢量E_i1和入射场的磁场矢量H_i1，并按照下式进行计算：

其中，λ₀表示自由空间波长，k＝2π/λ₀表示自由空间波数，ε表示介电常数，μ表示磁导率；角频率ω＝2πf，f表示天线工作频率；ρ＝|r-r'|为源点到天线罩上场点的距离，为ρ的单位矢量；r为天线罩上场点的位置矢量；r'为天线口径源点的位置矢量；为天线口径法向单位矢量；所述天线的口径面电场信息包括天线口径激励的电场E_a；i为大于1的整数。

18.根据权利要求17所述的电性能评估装置，其特征在于，所述远场信息计算模块还包括：

散射参量获取子模块，用于获取天线罩的散射参量信息；

透射场信息计算子模块，用于根据所述天线罩的散射参量信息以及所述天线辐射到天线罩的入射场信息，计算出天线罩的透射场信息，所述透射场信息包括一次透射场的电场矢量E_o1、一次透射场的磁场矢量H_o1和二次透射场的电场矢量E_o2、二次透射场的磁场矢量H_o2；

天线系统远场计算子模块，用于根据所述天线罩的透射场信息和所述天线罩的剖分面元信息，按照下或计算出所述天线系统的远场信息E^t(θ,φ)：

19.根据权利要求18所述的电性能评估装置，其特征在于，透射场信息计算子模块包括：

极化分解单元，用于参照剖分面元法向量和入射波传播方向矢量所定义的入射面以及入射电场极化方向的单位矢量对入射电磁场沿与入射面平行方向的方向矢量和垂直方向的方向矢量进行极化波分解，并按照下式进行计算分别得到垂直极化波分量和水平极化波分量

其中，

所述散射参量信息包括：垂直极化波反射系数S11的幅度S11^⊥、垂直极化波反射系数S11的相位水平极化波反射系数S11的幅度S11^||、水平极化波反射系数S11的相位及垂直极化波透射系数S21的幅度S21^⊥、垂直极化波透射系数S21的相位水平极化波透射系数S21的幅度S21^||、水平极化波透射系数S21的相位

透射场信息计算单元，用于根据平面电磁场传播特性和所述散射参量信息，按照下式计算得出一次透射场电场矢量的垂直分量一次透射场电场矢量的水平分量一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量

其中，所述入射场信息包括入射角度θ_i1；

根据一次透射场电场矢量的垂直分量和一次透射场电场矢量的水平分量得到一次透射场的电场矢量E_o1，根据一次透射场磁场矢量的垂直分量一次透射场磁场矢量的水平分量得到一次透射场的磁场矢量H_o1；

按照下式计算一次反射场的电场矢量E^r、一次反射场的磁场矢量H^r：

其中，表示入射波的反射方向矢量，且

按照下式计算二次入射场的电场矢量E_i2、和二次入射场的磁场矢量H_i2：

20.根据权利要求18所述的电性能评估装置，其特征在于，所述散射参量获取子模块包括：

全波仿真单元，用于对所述天线罩进行全波仿真以获取所述天线罩的散射参量信息。

21.根据权利要求15所述的电性能评估装置，其特征在于，

所述预处理子模块包括：简化处理单元、平移处理单元、和旋转处理单元；

其中，所述简化处理单元、所述平移处理单元、和所述旋转处理单元分别用于对所述天线罩的模型数据信息进行简化处理、平移处理、旋转处理。

22.根据权利要求12所述的天线罩的电性能评估装置，其特征在于，所述电性能参数信息至少包括下列之一：

功率传输效率、副瓣抬高参数、远区RMS副瓣抬高参数、3dB波束宽度、幅相一致性。