CN110931948B - 一种列车共形多功能天线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车共形多功能天线设计方法，包括如下步骤：S1.针对预设的天线指标，分别构建对应的物理模型，并分别构建出与所述物理模型对应的电磁结构单元；S2.将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中，实现多功能天线单元电磁调控功能的集成设计；S3.将对所述天线指标进行动态调控的调控器件引入所述多功能天线单元中，通过所述调控器件对各所述天线指标的独立调控；S4.根据多功能天线在列车上的安装需求，进行多功能天线与列车的共形设计，优化所述多功能天线在共形状态下的天线指标。具有可以提高设计效率，降低设计成本等优点。

Description

一种列车共形多功能天线设计方法
技术领域
本发明涉及列车天线技术领域，尤其涉及一种列车共形多功能天线设计方法。
背景技术
随着轨道交通技术的快速发展，列车对多维信息感知和探测能力的要求不断提升，因此需要采用众多不同功能的天线以满列车对监测、定位和通信等工作性能的需求。大量外置的天线会破坏高速运行列车的气动外形，影响列车的外形美观和安全性能，列车天线面临着多频带、小型化、集成一体化的挑战。
共形天线由于具有频率可控等多种优点，可以应用于列车上，但现有技术中对应用于列车的共形天线设计方法的研究很少。现有的研究都是采用具有共形相位调制材料调控辐射面上各个单元的出射相位。通过共形相位调制材料对曲面不同位置的相位进行合理的补偿，来改善了电磁波束副瓣，并提高了电磁波束指向性，但是未能实现辐射方向图重构、频率调控和极化捷变，从而无法实现多种工作模式的集成设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可以提高设计效率，降低设计成本的列车共形多功能天线设计方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种列车共形多功能天线设计方法，包括如下步骤：
S1.针对预设的天线指标，分别构建对应的物理模型，并分别构建出与所述物理模型对应的电磁结构单元；
S2.将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中，实现多功能天线单元电磁调控功能的集成设计；
S3.将对所述天线指标进行动态调控的调控器件引入所述多功能天线单元中，通过所述调控器件对各所述天线指标的独立调控；
S4.根据多功能天线在列车上的安装需求，进行多功能天线与列车的共形设计，优化所述多功能天线在共形状态下的天线指标。
进一步地，所述天线指标包括频率、波束和极化调制指标；所述物理模型包括多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型；所述电磁结构单元包括具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元。
进一步地，所述具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元均为采用同一结构材料的电磁结构单元。
进一步地，步骤S2中将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中包括：根据所述多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型分析结构材料的电磁响应特性，建立所述结构材料的电磁结构数据库，以调控性能作为依据对结构材料进行分类，根据对材料的极化和相位调控需求，确定可集成的极化调制和相位调制的结构材料。
进一步地，在所述步骤S4中，还包括将所述多功能天线与馈源系统集成，优化所述多功能天线的辐射效率。
进一步地，所述结构材料为超表面结构材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过合理的设置天线指标，分别构建物理模型以与物理模型的电磁结构单元，再将电磁结构单元进行集成，再将动态调控器件引入集成后的电磁结构单元中，并根据共形设计要求进行共形设计，并优化天线指标；可以有效的优化列车共形多功能天线设计的流程，提高设计的效率，降低设计成本。
附图说明
图1为本发明具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例的列车共形多功能天线设计方法，包括如下步骤：S1.针对预设的天线指标，分别构建对应的物理模型，并分别构建出与所述物理模型对应的电磁结构单元；S2.将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中，实现多功能天线单元电磁调控功能的集成设计；S3.将对所述天线指标进行动态调控的调控器件引入所述多功能天线单元中，通过所述调控器件对各所述天线指标的独立调控；S4.根据多功能天线在列车上的安装需求，进行多功能天线与列车的共形设计，优化所述多功能天线在共形状态下的天线指标。在本实施例中，所述天线指标包括频率、波束和极化调制指标；所述物理模型包括多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型；所述电磁结构单元包括具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元。在本实施例中，通过多功能天线的电磁结构单元的相位调制来实现波束控制。
在本实施例中，所述具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元均为采用同一结构材料的电磁结构单元。所述结构材料为超表面结构材料。
在本实施例中，步骤S2中将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中包括：根据所述多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型分析结构材料的电磁响应特性，建立所述结构材料的电磁结构数据库，以调控性能作为依据对结构材料进行分类，根据对材料的极化和相位调控需求，确定可集成的极化调制和相位调制的结构材料。
在本实施例中，在所述步骤S4中，还包括将所述多功能天线与馈源系统集成，优化所述多功能天线的辐射效率。
在本实施例中，从多功能天线单元出发，首先分析其对电磁波频率、相位和极化调制规律。再根据等效电路、传输线理论和等效阻抗方法，建立多功能天线单元的物理模型，并分别设计具有相应调控性能的电磁结构单元，再将电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中，从而实现电磁调控功能的集成设计。在此基础上，将对所述天线指标进行动态调控(包括频率动态调控、相位动态调控和极化动态调控)的调控器件引入所述多功能天线单元中，调控器件包括变容二极管、PIN二极管、MEMS开关或液晶材料等，通过控制调控器件实现对频率、相位和极化的独立调控。然后再分析多功能天线单元的阵列设计和形成阵列的多功能天线与列车的共形设计，并使得阵列、共形设计不会对频率、相位和极化调控性能产生严重的影响，从而能够实现多功能天线共形阵列设计。最后开展多功能天线与馈源系统的集成匹配进行优化，提高多功能多功能天线的辐射效率，从而形成一套高性能的列车多功能天线。
通过本列车共形多功能天线设计方法所设计的共形多功能天线，考虑了每个多功能天线单元的电磁特性以及独立调控性能，并通过引入调控器件来独立控制每个多功能天线单元出射电磁波的相位、极化和工作频率，对多功能天线单元进行优化设计，再对多功能天线进行共形设计和与馈源系统集成设计，同时考虑了单个多功能天线单元的性能和共形多功能天线的整体性能，整体系统的匹配度，使得所设计出的共形多功能天线能够满足列车安装的共形设计要求，又能满足多功能天线在共形状态下的电磁特性满足设计要求，可以有效的优化列车共形多功能天线设计的流程，提高设计的效率，降低设计成本。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种列车共形多功能天线设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.针对预设的天线指标，分别构建对应的物理模型，并分别构建出与所述物理模型对应的电磁结构单元；
S2.将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中，实现多功能天线单元电磁调控功能的集成设计；
S3.将对所述天线指标进行动态调控的调控器件引入所述多功能天线单元中，通过所述调控器件对各所述天线指标的独立调控；
S4.根据多功能天线在列车上的安装需求，进行多功能天线与列车的共形设计，优化所述多功能天线在共形状态下的天线指标；
所述天线指标包括频率、波束和极化调制指标；所述物理模型包括多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型；所述电磁结构单元包括具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元；
步骤S2中将所述电磁结构单元集成到同一多功能天线单元中包括：根据所述多功能天线单元的频率物理模型、相位物理模型和极化调制物理模型分析结构材料的电磁响应特性，建立所述结构材料的电磁结构数据库，以调控性能作为依据对结构材料进行分类，根据对材料的极化和相位调控需求，确定可集成的极化调制和相位调制的结构材料。
2.根据权利要求1所述的列车共形多功能天线设计方法，其特征在于：所述具有频率调控性能的电磁结构单元、具有相位调控性能的电磁结构单元和具有极化调制性能的电磁结构单元均为采用同一结构材料的电磁结构单元。
3.根据权利要求2所述的列车共形多功能天线设计方法，其特征在于：在所述步骤S4中，还包括将所述多功能天线与馈源系统集成，优化所述多功能天线的辐射效率。
4.根据权利要求3所述的列车共形多功能天线设计方法，其特征在于：所述结构材料为超表面结构材料。
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