CN113553711B - 一种任意曲面共形阵列天线设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种任意曲面共形阵列天线的设计方法，属于微波技术领域，包括以下步骤：S1：根据任意曲面的表面积给出天线单元数量和单元间距；S2：采用工业设计软件对曲面进行剖分；S3：剔除不连续网格；S4：导出网格的外法向数据和切向数据；S5：选取典型网格位置的仿真天线单元；S6：优化好的天线单元按照网格形成任意曲面的阵列天线；S7：确定阵列最终的布阵方式。本发明使用实际工程设计的工业软件给出任意曲面的网格，采用全波仿真软件优化布阵采用的天线单元，把排布好的初始阵列天线用优化算法和全波仿真软件联合仿真，给出最优的方向图。本发明提供的设计方法大大地降低建模的复杂程度，提升设计准确的可靠性，值得被推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种任意曲面共形阵列天线设计方法。
背景技术
近年来，随着无线通信和雷达技术飞速发展，如何在不改变载体空气动力学外形的前提下，实现满足指标的电子设备，尤其对雷达隐身和全方位作战飞机等更加重要和需求迫切。共形阵列天线由于其最大限度的适应载体的外形，最大限度的利用了可利用的阵面口径，且能够实现全方位面360°波束覆盖和极强的隐身特性而越来越受到研究者们的青睐。
任意曲面共形阵是真正的共形阵列天线，可以分布在二维扭面上，只要有外法线指向的曲面都可以按一定规律排布阵列单元，阵列表面和载体表面吻合度极高。和传统的球面和柱面阵列相比，任意曲面共形阵具有更广范的覆盖范围，更大的空间利用率，更小的影响载体的空气动力学性能，更大阵列口径。由于圆柱任意曲面不限定飞行器的基本形状，必将在导航、通信、雷达等方面获得广泛的应用。
由此可见，任意曲面阵列天线的仿真和设计对现代通信、雷达、导航等领域至关重要。但是由于任意曲面阵列天线的排布没有周期性，目前对任意阵列的设计大都是通过仿真小阵的方式，这样就造成了建模复杂、计算量大、优化困难、设计周期长、可靠性低等问题。随着载体平台的不断更新发展，共形阵列的规模和复杂度也越来越大，为此，提出一种任意曲面共形阵列天线设计方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何对任意曲面共形阵列天线进行高速、有效、可靠的优化设计，提供了一种任意曲面共形阵列天线设计方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：
S1：确定初始天线单元数和单元间距
根据曲面表面积对应的平面阵列及扫描范围；
S2：剖分网格
按照确定好的初始单元数与与单元间距剖分网格；
S3：优化网格
去除不连续或远小于单元间距的网格，优化微调网格；
S4：导出网格法向及切向数据
导出优化好的网格数据，包括外法线方向及切向方向；
S5：优化天线单元
选取典型网格位置建立周期边界条件优化天线单元；
S6：建立初始阵列
把优化好的天线单元按照网格排布形成初始阵列；
S7：优化阵列
优化算法与全波仿真软件联合仿真，微调排布方式，使得阵列天线辐射性能达到最优。
优选的，所述步骤S1中，在对任意曲面阵列建模前按照曲面表面积相当的平面阵，初步确定曲面的天线单元排布间距和单元数。
优选的，，所述步骤S2中，剖分网格要采用能够输出网格法向及切向数据的工业设计软件，如HyperMesh等；
优选的，所述步骤S3中，优化剖分网格时要采用手动模式，把不合理的网格如不连续的或远小于单元口径的网格剔除，然后多余出来的面积重新剖分网格，使得天线口径达到最大使用状态；
优选的，其特征在于，所述步骤S4中，导出网格数据，是指把网格节点，外法向及切向坐标位置导出，根据导出的节点，切向位置坐标及法线数据建立右手定则坐标系；
优选的，所述步骤S5中，优化天线单元包括以下几步：
S51：选取任意曲面中心位置的天线单元进行仿真，作为初始状态，计算中心单元的有源驻波；
S52：以中心单元为参考点，删除距离中心单元最远的两个单元，继续计算中心单元的有源驻波；
S53：将步骤S52中计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波对比，若无差异则重复步骤S52；
S54：直到计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波出现差异时，停止计算。
优选的，所述步骤S6中，优化好的天线单元辐射方向沿着(或天线轴向)网格外法线方向放置，天线单元口径沿着网格口径放置，沿着网格两维切向方向排布，形成任意曲面的阵列天线；
优选的，其特征在于，所述步骤S7中，用算法和全波仿真软件联合仿真，可采用matlab 和feko或AnsysHFSS，优化最大增益或副瓣电平等辐射性能指标，微调阵列排布方式(如平移或旋转)，使得天线辐射性能达到最优，给出最优排布。
优选的，所述步骤S5和S7中，优化算法为遗传算法、微分进化算法、粒子群优化方法、模拟退火方法与矩阵束方法其中的一种。
本发明相比现有技术具有以下优点：该任意曲面共形阵列天线设计方法，由于使用成熟的工业设计仿真软件，简化了工程设计的步骤，提高了设计可靠性；其次，天线单元与阵列的布阵都采用了成熟的优化算法，降低了人工干预的时间，提高了设计的准确性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明球面共形阵设计实例示意图俯视图；
图中：1、球面反射板；2、共形阵列双极化天线单元。
图3为本发明球面共形阵设计实例示意图鸟瞰图；
图中：1、球面反射板；2、共形阵列双极化天线单元。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种任意曲面共形阵列天线设计方法，包括以下步骤：
S1：确定初始天线单元数和单元间距
在对任意曲面阵列建模前按照曲面表面积相当的平面阵，初步确定曲面的天线单元排布间距和单元数；
S2：剖分网格
按照确定好的初始单元数与与单元间距剖分网格,剖分网格要采用能够输出网格法向及切向数据的工业设计软件；
S3：优化网格
去除不连续或远小于单元间距的网格，优化微调网格,优化剖分网格时要采用手动模式，把不合理的网格如不连续的或远小于单元口径的网格剔除，然后多余出来的面积重新剖分网格，使得天线口径达到最大使用状态；
S4：导出网格法向及切向数据
导出优化好的网格数据，包括外法线方向及切向方向,导出网格数据，是指把网格节点，外法向及切向坐标位置导出，根据导出的节点，切向位置坐标及法线数据建立右手定则坐标系；
S5：优化天线单元
选取典型网格位置建立周期边界条件优化天线单元，选取任意曲面中心位置的天线单元进行仿真，作为初始状态，计算中心单元的有源驻波；以中心单元为参考点，删除距离中心单元最远的两个单元，继续计算中心单元的有源驻波；将步骤S52中计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波对比，若无差异则重复步骤S52；直到计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波出现差异时，停止计算；
S6：建立初始阵列
把优化好的天线单元按照网格排布形成初始阵列，优化好的天线单元辐射方向沿着(或天线轴向)网格外法线方向放置，天线单元口径沿着网格口径放置，沿着网格两维切向方向排布，形成任意曲面的阵列天线；
S7：优化阵列
优化算法与全波仿真软件联合仿真，微调排布方式，使得阵列天线辐射性能达到最优，用算法和全波仿真软件联合仿真，可采用matlab和feko或AnsysHFSS，优化最大增益或副瓣电平等辐射性能指标，微调阵列排布方式(如平移或旋转)，使得天线辐射性能达到最优，给出最优排布。
实施例二
如图2，图3所示，本实施例提供的球面共形阵列天线来说明如何采用本发明的设计方法建立一个球面共形阵列天线，球面共形阵列天线包括球面共形面和共形双极化天线单元，图2、图3分别为俯视图和鸟瞰图。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种任意曲面共形阵列天线设计方法，包括以下步骤：
S1：确定初始天线单元数和单元间距
按照球面表面积相当的平面阵，初步确定曲面的天线单元为17个单元，单元间距为 17.75mm*17.75mm；
S2：剖分网格
按照17个单元占用的球面积用Hypermesh剖分网格；
S3：优化网格
球面中把最边缘不连续网格手动去除，修改最顶点网格放置一个天线单元；
S4：导出网格法向及切向数据
导出优化好的网格数据，球面轴向和网格节点位置，根据导出的节点，切向位置坐标及法线数据建立右手定则坐标系；
S5：优化天线单元
选取球顶单元建立周期边界条件优化天线单元，计算中心单元的有源驻波，使得驻波最小，方向图最宽；
S6：建立初始阵列
把优化好的天线单元按照导出的网格排布形成初始阵列，双极化天线沿着半径方向放置，按照导出网格排布成阵列结构；
S7：优化阵列
采用matlab和AnsysHFSS联合仿真，并用matlab的遗传算法优化方向图的最大增益，给出相位分布，对阵列天线进行微调，得到最终阵列天线排布结果。
综上所述，本实施例的任意曲面共形阵列天线设计方法，由于使用HyperMesh、matlab 和AnsysHFSS等成熟的工业设计软件，大大降低模型的复杂程度，提升了建模效率；其次，根据天线单元驻波和阵列方向图采用遗传算法优化，大大的减少了仿真时间，提高了设计的可靠性。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据曲面表面积对应的平面阵列及扫描范围，确定初始天线单元数和单元间距；
S2：剖分网格
按照确定好的初始天线单元数与单元间距剖分网格；
S3：优化网格
优化剖分网格时要采用手动模式，把不合理的网格如不连续的或小于单元口径的网格剔除，然后多余出来的面积重新剖分网格，使得天线口径达到最大使用状态；
S4：导出网格法向及切向数据
导出优化好的网格数据，包括外法线方向及切向方向；
S5：优化天线单元
选取典型网格位置建立周期边界条件优化天线单元；
所述步骤S5中，优化天线单元包括以下几步：
S51：选取任意曲面中心位置的天线单元进行仿真，作为初始状态，计算中心单元的有源驻波；
S52：以中心单元为参考点，删除距离中心单元最远的两个单元，继续计算中心单元的有源驻波；
S53：将步骤S52中计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波对比，若无差异则重复步骤S52；
S54：直到计算出来的有源驻波与初始状态的有源驻波出现差异时，停止计算；
S6：建立初始阵列
把优化好的天线单元按照网格排布形成初始阵列；所述步骤S6中，优化好的天线单元辐射方向沿着网格外法向放置，天线单元口径沿着网格口径放置，沿着网格两维切向方向排布，形成任意曲面的阵列天线；
S7：优化阵列
优化算法与全波仿真软件联合仿真，微调排布方式，使得阵列天线辐射性能达到最优。
2.根据权利要求1所述的一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，在对任意曲面阵列建模前按照曲面表面积相当的平面阵，初步确定曲面的天线单元排布间距和单元数。
3.根据权利要求1所述的一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，剖分网格要采用能够输出网格法向及切向数据的工业设计软件。
4.根据权利要求1所述的一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：所述步骤S4中，导出网格数据，是指把网格节点，外法向及切向坐标位置导出，根据导出的节点，切向位置坐标及法线数据建立右手定则坐标系。
5.根据权利要求1所述的一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：所述步骤S7中，用算法和全波仿真软件联合仿真，可采用matlab和feko或Ansys HFSS，优化最大增益或副瓣电平辐射性能指标，微调阵列排布方式，使得天线辐射性能达到最优，给出最优排布。
6.根据权利要求1所述的一种任意曲面共形阵列天线设计方法，其特征在于：所述步骤S5、S7中，优化算法为遗传算法、微分进化算法、粒子群优化方法、模拟退火方法与矩阵束方法其中的一种。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN109325306A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-02-12 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种基于局部平面的任意曲面共形阵列建模方法 |
| CN110059376A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-26 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种基于圆柱面共形阵列快速优化设计方法及系统 |
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