CN108777365B - 一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法 - Google Patents

一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于天线与电磁脉冲的耦合与效应领域，具体涉及一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，包括步骤计算偶极子天线的径长比B、偶极子天线的谐振频率f0，确定待估计等效高度值的频点f；估算当频率为f时偶极子天线的带外耦合等效高度h。相较于传统的分析方法例如实验测量对测试环境要求苛刻，数值模拟耗费时间长、工作量大等，本方法计算简单、计算速度快，结果可靠，不受外界试验环境条件的影响，满足并适用于强电磁脉冲外场试验中快速预估偶极子天线带外耦合等效高度的工程实际需求。

Description

一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法
技术领域
本发明属于天线与电磁脉冲的耦合与效应领域，具体涉及一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法。
背景技术
等效高度是表征天线与电磁脉冲发生耦合的重要指标，是随天线尺寸、频率发生变化的物理量。
直线型偶极子天线是一种典型的广泛应用的线天线，工作频带很窄，其与电磁脉冲的耦合可根据天线的工作频带分为带内耦合与带外耦合。外场试验中，由于强电磁脉冲峰值功率极高，即使微量的带外耦合也会对天线接收系统造成威胁与干扰。出于电磁安全防护的考虑，需对天线的等效高度进行快速有效的估计。而一般情况下，线天线仅关注其工作频带内的特性，天线的出厂手册也仅给出天线谐振频率处的等效高度值，并未给出其工作频带之外的等效高度。且目前尚未有相应的快速估计方法来评估天线的带外耦合能力即等效高度。
偶极子天线的带外耦合等效高度可由实验测量与数值模拟获得。其中，实验测量需要在微波暗室、GTEM室或不受外界电磁干扰下的开阔场进行；而数值模拟需要借助于电磁分析软件，并进行物理建模、网格剖分等，其运算量大，运算时间长。然而在强电磁脉冲外场试验中，既不具备实验精确测量的苛刻条件，也不便于通过电磁分析软件进行数值模拟，因此获得并给出一种快速估算直线型偶极子天线天线带外耦合等效高度的方法具有工程实际意义。
发明内容
本发明的目的在于，针对外场试验的工程实际需求，提供一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法。
为达到上述发明目的，本发明所述方法包括以下步骤：
S1、计算偶极子天线的径长比B、偶极子天线的谐振频率f0，确定待估计等效高度值的频点f，所述天线径长比B<1/50，f取值范围为0.5f0≤f≤1.5f0；
S2、估算当入射微波脉冲频率为f时偶极子天线的带外耦合等效高度h，h的估算公式为h＝k·l2·f+b·l
当0.5f0≤f≤f0时，k＝9.64±10％，b＝-0.146±10％；
当f0＜f≤1.5f0时，k＝-9.43±10％，b＝1.132±10％；
其中，l为极子天线的长度，h、l的单位为m，f、f0的单位为GHz。
进一步，偶极子天线的径长比B由测量偶极子天线的极子长度l与半径r获得，
Figure BDA0001643037230000021
进一步，偶极子天线的谐振频率为f0由天线出厂手册或仿真计算获得。
更进一步，由出厂手册或仿真计算获得的谐振频率为偶极子天线的第一谐振频率。
进一步，所述偶极子天线末端接负载电阻R＝50Ω。
本发明偶极子天线带外耦合等效高度快速估算方法给出了仅由天线长度和入射微波脉冲频率来计算天线等效高度的估算公式。相较于传统的分析方法例如实验测量对测试环境要求苛刻，数值模拟耗费时间长、工作量大等，本方法计算简单、计算速度快，结果可靠，不受外界试验环境条件的影响，满足并适用于强电磁脉冲外场试验中快速预估偶极子天线带外耦合等效高度的工程实际需求。对于径长比B<1/50的直线型偶极子天线，仅由天线极子长度与入射微波脉冲频率即可对天线带外耦合等效高度值进行估算；而大部分直线型偶极子天线均满足径长比B<1/50，因此本方法对于直线型偶极子天线普适性较强。
附图说明
图1为直线型偶极子天线长度和半径测量示意图。
图2为经验估算公式估算结果与数值计算结果对比图。
具体实施方式
一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，包括以下步骤：
S1、计算偶极子天线的径长比B、偶极子天线的谐振频率f0，确定待估计等效高度值的频点f；
所述天线径长比B<1/50，偶极子天线的径长比B由测量偶极子天线的极子长度l与半径r获得，
偶极子天线的谐振频率为f0由天线出厂手册或仿真计算获得，由出厂手册或仿真计算获得的谐振频率为偶极子天线的第一谐振频率；
f取值范围为0.5f0≤f≤1.5f0；
S2、估算当入射微波脉冲频率为f时偶极子天线的带外耦合等效高度h，h的估算公式为h＝k·l2·f+b·l
当0.5f0≤f≤f0时，k＝9.64±10％，b＝-0.146±10％；
当f0＜f≤1.5f0时，k＝-9.43±10％，b＝1.132±10％；
其中，h、l的单位为m，f、f0的单位为GHz。
下面结合附图，对本发明做详细说明。
实施例1
如图1所示为偶极子天线长度和半径测量示意图，天线末端接负载电阻R，R＝50Ω。本实例的带外耦合等效高度快速估计方法实施步骤如下：
S1、计算偶极子天线的径长比B、偶极子天线的谐振频率f0，确定待估计等效高度值的频点f：
a、测量偶极子天线的极子长度l＝0.127m，半径r＝0.0017m，计算得到其径长比B＝0.0134，0.0134<1/50；
b、由天线出厂手册或仿真计算可得该偶极子天线的第一谐振频率f0为0.545GHz；
c、确定若干待评估频点即入射微波脉冲的频率分别为0.273GHz、0.4GHz、0.545GHz、0.7GHz以及0.817GHz；五个频点均位于0.5f0～1.5f0频率范围内；
S2、由公式h＝k·l2·f+b·l估算c中对应频点下偶极子天线的带外耦合等效高度h。
当0.5f0≤f≤f0时，k＝9.64±10％，b＝-0.146±10％；
当f0＜f≤1.5f0时，k＝-9.43±10％，b＝1.132±10％；
其中，h、l的单位为m，f、f0的单位为GHz。
估算结果与通过电磁数值模拟软件CST的计算结果进行对比如图2所示，从图2可知由两种方式所得等效高度值量级一致，变化趋势一致，结果相差很小，说明估算结果基本正确。而借助电磁分析软件进行数值模拟时，需进行物理建模、网格剖分等，运算量大、运算时间长，不适于在外场进行。采用本方法可通过估算公式进行简单计算即可快速获得偶极子天线带外耦合等效高度值，满足外场试验中的工程实际需求。
以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的原则、所述形式之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算偶极子天线的径长比B、偶极子天线的谐振频率f0，确定待估计等效高度值的频点f，所述天线径长比B<1/50，f取值范围为0.5f0≤f≤1.5f0；
S2、估算当入射微波脉冲频率为f时偶极子天线的带外耦合等效高度h，h的估算公式为h＝k·l2·f+b·l
当0.5f0≤f≤f0时，k＝9.64±10％，b＝-0.146±10％；
当f0＜f≤1.5f0时，k＝-9.43±10％，b＝1.132±10％；
其中，l为单个极子天线的长度，h、l的单位为m，f、f0的单位为GHz。
2.根据权利要求1所述一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，其特征在于，偶极子天线的径长比B由测量偶极子天线的单个极子长度l与半径r获得，
Figure FDA0002290739620000011
3.根据权利要求1所述一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，其特征在于，偶极子天线的谐振频率为f0由天线出厂手册或仿真计算获得。
4.根据权利要求3所述一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，其特征在于，由出厂手册或仿真计算获得的谐振频率为偶极子天线的第一谐振频率。
5.根据权利要求1所述一种快速估计直线型偶极子天线带外耦合等效高度的方法，其特征在于，所述天线末端接负载电阻R＝50Ω。
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