CN112526225B - 共形天线全周期测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线测试技术领域,公开了一种共形天线全周期测试方法,包括:建立微带共形天线模型;建立初始载体平台模型,将微带共形天线模型设置在初始载体平台模型上得到第一组合模型;针对第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型,将微带共形天线模型设置在简化的载体平台模型上得到第二组合模型;针对第二组合模型进行数值计算,获取简化的载体平台在不同塑性形变时微带共形天线模型的电磁特性,得到电磁特性随塑性形变的演变规律;建立共形天线在微波暗箱条件下的近场辐射特性计算模型;对计算模型进行数值计算,获取待评估的共形天线的近场辐射特性,进而得到待评估的共形天线与标准天线之间的传输系数变化。

Description

共形天线全周期测试方法
技术领域
本发明涉及天线测试技术领域,尤其涉及一种共形天线全周期测试方法。
背景技术
共形天线是指一种结构上能与载体平台外形紧密贴合的天线形式,对载体平台在运行过程中因气动、结构、温度等引起的振动和外形变化等具有良好的适应性。天线作为一种导行波与自由空间波之间的转换器件,天线测试即通过一定手段提取出可以表征天线电磁特性的物理参数值,诸如工作带宽、驻波比、增益和辐射方向图等。近年来,在共形天线测试领域,相关的理论研究及工程应用仍存在一些问题,主要体现在以下几个方面:无法高效模拟电大载体平台特征;无法评估几何构型形变条件下的共形天线电磁特性变化;以及无法解决共形天线装配到载体平台后的测试问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供了一种共形天线全周期测试方法,能够解决上述现有技术中的问题。
本发明的技术解决方案:一种共形天线全周期测试方法,其中,该方法包括:
建立微带共形天线模型;
建立初始载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述初始载体平台模型上得到第一组合模型;
针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述简化的载体平台模型上得到第二组合模型;
针对第二组合模型进行数值计算,获取所述简化的载体平台在不同塑性形变时所述微带共形天线模型的电磁特性,进而得到电磁特性随塑性形变的演变规律;
建立共形天线在微波暗箱条件下的近场辐射特性计算模型,所述计算模型包括最终简化的载体平台、待评估的共形天线、标准天线和微波暗箱;
对所述计算模型进行数值计算,获取待评估的共形天线的近场辐射特性,进而得到待评估的共形天线与标准天线之间的传输系数变化。
优选地,针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型包括:
针对所述第一组合模型进行数值计算,获取不同载体平台边界条件下共形天线模型的电磁特性;
根据获取的电磁特性提取简化的载体平台模型。
优选地,该方法还包括:根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常。
优选地,根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常包括:
在传输系数大于第一预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为正常;
在传输系数小于第二预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为非正常。
优选地,数值计算为HFSS数值计算。
优选地,所述电磁特性包括形天线模型的驻波、增益和方向图。
优选地,塑性形变包括简化的载体平台的纵向拉伸形变和简化的载体平台的纵向收缩形变。
通过上述技术方案,一方面通过简化的载体平台模型及其有效性的评估研究,可大幅降低考虑载体平台的共形天线测试复杂度,提高测试效率,降低测试成本;另一方面可真实获取共形天线安装到载体平台后以及发生形变后的性能,使得系统的实际效能得到更客观的评估。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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为本发明实施例提供的一种共形天线全周期测试方法的流程图;
图2为本发明实施例中不同的初始载体平台长度场景示意图;
图3为本发明实施例中共形天线的辐射口面变化示意图;
图4为本发明实施例中载体平台塑性形变对共形天线驻波的影响结果图;
图5为本发明实施例中待评估共形天线工作状态正常情况下传输系数;
图6为本发明实施例中待评估共形天线工作状态非正常情况下传输系数;
图7为本发明实施例中鉴定设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中,出于解释而非限制性的目的,阐述了具体细节,以帮助全面地理解本发明。然而,对本领域技术人员来说显而易见的是,也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种共形天线全周期测试方法的流程图。
如图1所示,本发明实施例提供了一种共形天线全周期测试方法,其中,该方法包括:
S100,建立微带共形天线模型;
S102,建立初始载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述初始载体平台模型上得到第一组合模型;
其中,可以建立不同尺寸、不同局部特征的初始载体平台模型。
举例来讲,初始载体平台模型可以包括初始载体平台主体、初始载体平台主翼、初始载体平台侧翼、初始载体平台外部凹陷和初始载体平台内部凸起。
S104,针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述简化的载体平台模型上得到第二组合模型;
举例来讲,针对电大载体平台,以典型微带共形天线为研究对象,计算分析载体平台尺寸、表面凸起等因素对天线参数的影响,提取针对该类天线的简化载体平台模型。
S106,针对第二组合模型进行数值计算,获取所述简化的载体平台在不同塑性形变时所述微带共形天线模型的电磁特性,进而得到电磁特性随塑性形变的演变规律;
也就是,在微带共形天线与载体平台共形后,根据塑性形变对天线性能参数的影响情况,通过理论计算分析,提取共形天线电磁特性的影响,获取共形天线塑性形变后的电磁特性变化规律。
S108,建立共形天线在微波暗箱条件下的近场辐射特性计算模型,所述计算模型包括最终简化的载体平台、待评估的共形天线、标准天线和微波暗箱;
S110,对所述计算模型进行数值计算,获取待评估的共形天线的近场辐射特性,进而得到待评估的共形天线与标准天线之间的传输系数变化。
也就是,针对共形天线安装到载体平台后的性能检测需求,建立共形天线在微波暗箱条件下的近场辐射特性计算模型,提出该条件下的共形天线性能评估基准,完成共形天线装配载体平台后工作状态的监测,实现共形天线性能的全生命周期综合评估。
其中,通过S100-S106,可以得出在服役前简化的载体平台模型和电磁特性随塑性形变的演变规律。通过S110分析微波暗箱条件下不同场景中待评估的共形天线和标准天线之间传输系数的幅度变化,可以得到近场微波暗箱测试评估的标准。
通过上述技术方案,一方面通过简化的载体平台模型及其有效性的评估研究,可大幅降低考虑载体平台的共形天线测试复杂度,提高测试效率,降低测试成本;另一方面可真实获取共形天线安装到载体平台后以及发生形变后的性能,使得系统的实际效能得到更客观的评估。
根据本发明一种实施例,针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型包括:
针对所述第一组合模型进行数值计算,获取不同载体平台边界条件下共形天线模型的电磁特性;
根据获取的电磁特性提取简化的载体平台模型。
根据本发明一种实施例,该方法还包括:根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常。
由此,可以通过传输系数获知共形天线的工作状态。
根据本发明一种实施例,根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常包括:
在传输系数大于第一预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为正常;
在传输系数小于第二预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为非正常。
根据本发明一种实施例,数值计算为HFSS数值计算。
根据本发明一种实施例,所述电磁特性包括形天线模型的驻波、增益和方向图。
根据本发明一种实施例,塑性形变包括简化的载体平台的纵向拉伸形变和简化的载体平台的纵向收缩形变。
下面结合实例对本发明所述的一种共形天线全周期测试方法进行描述。
综合考虑载体平台特征对共形天线电磁特性的影响因素。考虑典型的载体平台包含如下局部特征:载体平台主体、载体平台主翼、载体平台侧翼、载体平台外部凹陷和载体平台内部凸起,共形天线设置在载体平台上。考虑不同初始载体平台尺寸对共形天线的工作频率偏移以及辐射方向图的改变,例如可以选取S频段典型微带共形天线进行分析计算。以图2中不同的载体平台尺寸为例,选取初始载体平台长度进行迭代计算,以考察不同初始载体平台长度对微带共形天线的驻波及辐射方向图的影响。举例来讲,初始载体平台模型长度可以为1.5倍、3倍、4.5倍、6倍、7.5倍和9倍(分别参见图2中的标号1-6)微带共形天线的工作波长,相应计算得到驻波与方向图的结果。
其中,当初始载体平台模型长度在1.5~3倍工作波长时,微带共形天线谐振频点随着载体长度的增加,谐振频点向高频偏移;当初始载体平台模型长度增加至3~9倍工作波长时,微带共形天线驻波曲线变化不大。对于方向图,在YOZ面,也即载体平台滚动面方向图受载体长度影响较小,而在XOZ面,也即载体长度增加方向,微带共形天线的方向图受载体平台长度影响较为明显,主要体现在辐射包络和法向增益值。综合来看,除去模型载体平台模型长度为1.5~3倍工作波长的情况,初始载体平台模型长度在4.5~9倍工作波长时,微带共形天线主辐射方向图轮廓基本相似,只存在微小波动。根据该初始载体平台模型长度与微带共形天线间的耦合关系可以得出,当初始载体平台模型长度超过4.5个工作波长后,增加初始载体平台模型长度,微带共形天线的性能基本保持不变。而更长的载体平台意味着更多的资源和时间消耗,所以可通过载体平台长度与微带共形天线间的耦合关系,确定最佳载体平台尺寸,以便达到最优计算效果。
在最佳载体平台尺寸基础上,可以研究典型的五种场景下载体平台局部特征对共形天线电磁特性的影响。典型场景分别为:场景1-仅载体平台主体、场景2-仅载体平台外部凹陷、场景3-仅载体平台内部凸起、场景4-仅载体平台主翼和场景5-仅载体平台侧翼。将场景1作为参照,分别考察场景2~5不同局部特征对微带共形天线电磁特性的影响。根据驻波计算结果可以看出,场景2与场景3的局部载体特征对共形天线驻波及极化的影响相对有限,尤其是场景3平台内部的局部特征在计算过程中可以适情忽略。而与翼展相关的载体特征场景4与场景5,对微带共形天线的驻波及极化影响很大,尤其是距离天线较近的平台主翼,在计算中需要考虑在内。根据方向图特性可以看出,典型的场景4与场景5对微带共形天线的波束有一定的赋形效果,即对方向图有一定影响,在共形天线设计过程中可以对场景4和5的情况周全考虑并综合布局。
考虑载体在实际使用过程中会受到外部因素的综合作用,载体平台与微带共形天线均会发生形变。典型的载体平台塑性形变包括载体平台的纵向拉伸与载体平台的纵向收缩形变。载体平台的塑性形变将引起如图3所示共形天线的辐射口面变化:拉伸形变下共形天线口面21、共形天线原轮廓线22和收缩形变下共形天线口面23。由图3可以看出,载体平台的塑性形变在改变载体平台边界条件的同时,更重要的影响因素为带来了共形天线口面的变化。以载体平台塑性形变为例,迭代由收缩及拉伸引起的载体平台塑性形变对共形天线驻波及辐射方向图的影响,驻波曲线如下图4所示。
由图4仿真结果可以看出,载体平台的收缩及拉伸形变给微带共形天线带来了明显的驻波谐振频点漂移,且随着载体平台轮廓线的外拓,共形天线的谐振特性偏向高频端;另外,形变同时带来了共形天线驻波带宽的变化。由此可以看出,在共形天线的使用过程中,考虑到载体平台可能产生的形变,在天线设计过程中必须考虑频率偏移及宽频带设计等因素。对于辐射方向图,载体平台的塑性形变会影响微带共形天线特定角度的辐射特性,相对来说拉伸形变对微带共形天线辐射方向图的影响更大。
在上述步骤的分析和测试结果的基础上,根据上述的载体平台建立近场辐射特性计算模型,包括待评估的共形天线、最终简化的载体平台、标准天线和微波暗箱。通过HFSS数值计算分析共形天线近场辐射特性,得到待评估天线与标准天线之间的传输系数变化,仿真结果如图5和6所示。可以看出,在待评估共形天线正常工作情况下,其与标准天线间的传输系数大于-15dB,而当其处于非正常工作状态时,传输系数小于-25dB。由仿真结果可以得出。利用微波暗箱可以鉴定共形天线的工作状态是否正常。
进一步的,装配载体平台后,可以对待评估的共形天线进行真实鉴定,鉴定设备如图7所示,包含:测试设备28、真实微波暗箱29、测试电缆30和真实载体平台31。其中,测试设备28用于检测装配到平台后的共形天线与真实微波暗箱29中标准天线间传输系数的幅相,真实微波暗箱29内壁装有吸波材料(标准天线区域除外),并且可以根据载体的具体外形配有固定夹具,真实微波暗箱29顶部中央安装标准天线,固定安装在被测对象顶部。测试电缆30用于装配的共形天线、标准天线与测试设备28的连接。真实微波暗箱29配有定位装置,与其周边载体特征部位进行匹配定位,保证测试部位的一致性。
从上述实施例可以看出,本发明提取了简化载体平台,提出了考虑载体平台特征影响的共形天线电磁特性测试;建立共形天线形变-方向图的耦合计算模型,提出共形天线几何构型形变条件下的共形天线电磁特性测试;构造基于近场辐射机理的微波暗箱,提出共形天线装配载体平台后的电磁特性测试;通过考虑载体平台特征与几何构型形变的共形天线全周期测试,充分实现了共形天线性能的全生命周期检测。
此外,本发明中的载体平台简化模型、形变条件下的共形天线电磁特性测试方法以及装配平台后共形天线电性能评估方法等相关成果可直接用于机载、弹载等载体平台上共形天线性能的测试评估,也可进一步为载体平台上共形天线的前期设计提供参考。装配平台后的共形天线性能检测结果可为无线射频类系统的健康诊断提供有效的数据支撑。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用,和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现,也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序,当该程序被逻辑部件所执行时,能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件,或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质,如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种共形天线全周期测试方法,其特征在于,该方法包括:
建立微带共形天线模型;
建立初始载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述初始载体平台模型上得到第一组合模型;
针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型,并将所述微带共形天线模型设置在所述简化的载体平台模型上得到第二组合模型;
针对第二组合模型进行数值计算,获取所述简化的载体平台在不同塑性形变时所述微带共形天线模型的电磁特性,进而得到电磁特性随塑性形变的演变规律;
建立共形天线在微波暗箱条件下的近场辐射特性计算模型,所述计算模型包括最终简化的载体平台、待评估的共形天线、标准天线和微波暗箱;
对所述计算模型进行数值计算,获取待评估的共形天线的近场辐射特性,进而得到待评估的共形天线与标准天线之间的传输系数变化。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,针对所述第一组合模型进行数值计算,根据数值计算结果提取简化的载体平台模型包括:
针对所述第一组合模型进行数值计算,获取不同载体平台边界条件下共形天线模型的电磁特性;
根据获取的电磁特性提取简化的载体平台模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括:根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据传输系数判断待评估的共形天线的工作状态是否正常包括:
在传输系数大于第一预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为正常;
在传输系数小于第二预定值的情况下,判断待评估的共形天线的工作状态为非正常。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,数值计算为HFSS数值计算。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述电磁特性包括共 形天线模型的驻波、增益和方向图。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,塑性形变包括简化的载体平台的纵向拉伸形变和简化的载体平台的纵向收缩形变。
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车载天线电磁特性及耦合度仿真分析;伍虹霖等;《电子测试》;20130823(第15期);全文 *

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