CN110083931B - 一种不可展曲面fss阵列结构排布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，包括如下步骤：利用平面A与排布曲面S相交，获得相交曲线，即截面引导线L；在截面引导线L上，从FSS阵列结构排布起点Pa向终点Pb方向，以弧长间隔d沿截面引导线L生成截面阵列C1～Cn；将截面阵列C1～Cn与排布曲面S的交线作为单元引导线L1～Ln；在每一条单元引导线Li上，i＝1～n，从起始位置点Pi0沿单元引导线向两侧以弧长间隔d生成m个FSS单元排布位置点Pi1～Pim；根据FSS单元参数，在单元排布位置点建模生成FSS单元模型。本发明方法规范标准、排布精度高，可满足各类可展及不可展曲面FSS阵列结构排布，并可为曲面FSS电磁仿真及数字化加工等提供准确输入。

Description

一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法
技术领域
本发明属于FSS天线罩及其建模与数字化加工技术领域，具体涉及一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法。
背景技术
频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，FSS)是指周期性排布的金属单元结构，或金属表面周期性孔隙单元结构，可对空间中的电磁波进行调控实现带通或带阻特性。其广泛应用于通信系统和雷达系统，尤其是在不可展曲面排布FSS结构有着很重要的研究意义和实用价值。
进行不可展曲面FSS结构电磁仿真或数字化加工等，需要准确的三维输入模型，但由于复杂曲面的不可展特性，很难通过平铺或简单的弯曲等形式将平面FSS结构排布到曲面上。目前的FSS电磁特性理论一般是以平面作为研究对象，不可展曲面FSS排布的实质上就是建立平面FSS单元与待建模曲面之间的映射关系，再在此基础上利用合理的阵列关系将其排布到整个曲面上。
现有的曲面FSS排布方法中，一般是通过将不可展曲面划分为若干个近似可展的曲面，然后通过投影方式将平面FSS投影到每个近似可展的曲面上。该方法会导致曲面FSS结构接缝较多，影响整体结构电连续性。另外，专利“一种曲面工件表面阵列微结构图形布局方法”中，提到在曲面上以某中心向点向外扩展的方式划分等边三角形以确定单元位置，该排布方法与曲面曲率直接相关，使得结果具有一定随机性。
发明内容
本发明针对现有不可展曲面FSS排布技术的局限性，提供一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，该方法规范标准、排布精度高，可快速准确的完成各类曲面FSS阵列结构排布，并可为其电磁仿真及数字化加工等提供准确输入，具体技术方案如下：
一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，包括如下步骤：
(1)利用平面A与排布曲面S相交，获得相交曲线，即截面引导线L；
(2)在截面引导线L上，从FSS阵列结构排布起点Pa向终点Pb方向，以弧长间隔d沿截面引导线L生成截面阵列C1～Cn，所述的截面阵列C1～Cn彼此平行、且与平面A及排布曲面S相交，弧长间隔d为FSS阵列周期间距；
(3)将截面阵列C1～Cn与排布曲面S的交线作为单元引导线L1～Ln；
(4)在每一条单元引导线Li上，i＝1～n，从起始位置点Pi0沿单元引导线向两侧以弧长间隔d生成m个FSS单元排布位置点Pi1～Pim。
(5)根据FSS单元参数，在单元排布位置点建模生成FSS单元模型。FSS单元几何中心点与单元排布位置点重合，FSS单元法线与所在FSS单元排布位置点的排布曲面S法向重合，过FSS单元几何中心点的FSS单元图形基准线与所在单元排布位置点的单元引导线L1～Ln切向重合。
所述的FSS阵列周期间距d相对于排布曲面S的曲率半径R足够小，一般R>2d。
步骤(2)中单元引导线L1～Ln与截面引导线L的交点作为FSS单元排布起始位置点P10～Pn0。
为满足FSS单元不同的拓扑关系，步骤(2)中所述截面阵列C1～Cn与平面A夹角为90°或45°。
本发明的有益效果：
(1)通用性好，即可满足可展曲面FSS排布，也可满足各类不可展曲面FSS排布。同时，该方法所得的曲面FSS排布模型可为其电磁仿真及数字化加工等提供准确输入。
(2)避免了将不可展曲面划分为若干个近似可展的曲面，进而避免了由于FSS分片造成的周期结构截断效应。
(3)所述方法的截面阵列数量与间距、每条单元引导线上的阵元数量与间距、单元排布方向均可根据具体需求进行调整，有利于密集FSS排布、多层FSS排布、分区域FSS排布等情况。
附图说明
本发明共有4副附图；
图1本发明不可展曲面FSS阵列结构排布方法流程图。
图2不可展曲面FSS单元排布位置点。
图3(a)六边形单元结构(b)确定单元排布方向(c)剪切布尔运算。
图4不可展曲面FSS阵列结构模型。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，方法流程如图1所示，具体实施包括如下步骤：
(1)针对如图2所示的不可展排布曲面S，选取其对称面作为平面A，并与不可展排布曲面相交，获得截面引导线L。
(2)在截面引导线L上，从FSS阵列结构排布起点Pa向终点Pb方向，以弧长间隔d沿截面引导线L生成10个截面阵列C1～C10，所述截面阵列C1～C10与平面A夹角为90°。弧长间隔d为FSS阵列周期尺寸，d＝8mm。
(3)将截面阵列C1～C10与排布曲面S的交线作为单元引导线L1～L10；
(4)将单元引导线L1～L10与截面引导线L的交点作为FSS单元排布起始位置点Pi0，i＝1～10。在每一条单元引导线Li上，从起始位置点Pi0沿单元引导线向两侧以弧长间隔d＝8mm生成m个FSS单元排布位置点Pi1～Pim。在本实施例中，包含起始位置点，L1上共有23个FSS单元排布位置点，L10上共有33个FSS单元排布位置点。
(5)在FSS单元排布位置点建模生成FSS单元模型。
如图3(a)所示，FSS单元为边长等于3.5mm的六边形结构。
如图3(b)所示，六边形FSS单元几何中心点与FSS单元排布位置点重合，FSS单元法线与所在FSS单元排布位置点的排布曲面法向重合，过FSS单元几何中心点的FSS单元图形基准线与所在单元排布位置点的单元引导线L1～L10切向重合，本实施例中FSS单元图形基准线为其对称线。
如图3(c)所示，将FSS单元排布位置点生成的FSS单元结构与排布曲面S做剪切布尔运算，获得相应的六边形孔隙FSS阵列，最终结果如图4所示。

Claims (4)

1.一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用平面A与排布曲面S相交，获得相交曲线，即截面引导线L；
(2)在截面引导线L上，从FSS阵列结构排布起点Pa向终点Pb方向，以弧长间隔d沿截面引导线L生成截面阵列C1～Cn，所述截面阵列C1～Cn彼此平行、且与平面A及排布曲面S相交，弧长间隔d为FSS阵列周期间距；
(3)将截面阵列C1～Cn与排布曲面S的交线作为单元引导线L1～Ln；
(4)在每一条单元引导线Li上，i＝1～n，从起始位置点Pi0沿单元引导线向两侧以弧长间隔d生成m个FSS单元排布位置点Pi1～Pim；
(5)根据FSS单元参数，在单元排布位置点建模生成FSS单元模型，FSS单元几何中心点与单元排布位置点重合，FSS单元法线与所在FSS单元排布位置点的排布曲面S法向重合，过FSS单元几何中心点的FSS单元图形基准线与所在单元排布位置点的单元引导线L1～Ln切向重合。
2.根据权利要求1所述的一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，其特征在于FSS阵列周期间距d相对于排布曲面S的曲率半径R足够小，一般R>2d。
3.根据权利要求1所述的一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，其特征在于：步骤(2)中单元引导线L1～Ln与截面引导线L的交点作为FSS单元排布起始位置点P10～Pn0。
4.根据权利要求1所述的一种不可展曲面FSS阵列结构排布方法，其特征在于：为满足FSS单元不同的拓扑关系，步骤(2)中所述截面阵列C1～Cn与平面A夹角为90°或45°。
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