CN115659590B - 全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，解决全向信标场地保护与电磁环境评估中全向信标天线阵垂直方向图无法自动生成的技术问题。全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法包括以下步骤：步骤1、从全向信标天线获取所需参数；步骤2、生成阵子垂直方向图；步骤3、生成经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图；步骤4、将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图。本发明解决了全向信标天线阵垂直方向图无法自动生成的技术问题，提高了全向信标场地保护与电磁环境评估中没有可用的垂直方向图问题，解决因垂直方向图错误而引起的评估问题。

Description

全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法

技术领域

本发明属于全向信标场地保护与电磁环境评估技术领域，具体涉及全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法。

背景技术

民用航空全向信标是保障航空安全非常重要的设备，全向信标分为常规全向信标和多普勒全向信标，甚高频全方位无线电信标(VOR)是现代航空无线电测向的一种地面导航设备,被广泛应用于短距及中距制导。多普勒甚高频全方位信标(DVOR)是常规VOR的进一步发展。它利用多普勒效应及宽孔径天线系统从而使它能产生更加精密得多的方位角信号。DVOR的工作原理是基于测量由导航台辐射的2个30Hz信号的相位。一个信号(基准信号)在所有方向上以相同相位发射,第2个30Hz信号(可变信号)相对于第1个信号的相位关系则作为方位角的函数变化。在飞机接收机中测量到的电相位角对应于方位角。使用安装在飞机中的VOR接收机,飞行员能自VOR或DVOR无线电导航设备得到以下信息。(1)飞机位置相对于地面信标的方位角指示,即在磁方向与飞机相对于地面信标的方向之间的角度。(2)指示飞机正飞行在预先选定的路线(位置线)的左或右的方位。(3)表明飞机向着DVOR信标飞行或是背离它飞行的“背/向”指示。全向信标与机载接收机配合工作，为航空器提供全方位引导信息，引导航空器沿预定航路(线)飞行、进离场和进近。

全向信标场地保护与电磁环境评估主要工作是研究障碍物对全向信标信号的影响，必备工作之一需要在系统中导入全向信标天线阵的方向图，为信号分析提供天线阵的基础模型。当前，全向信标的天线是各向同性的天线，但没有垂直方向图，因此，自动、快速生成天线阵的垂直方向图成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，以至少解决上述部分技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、从全向信标天线获取所需参数；

步骤2、生成阵子垂直方向图；

步骤3、生成经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图；

步骤4、将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图。

进一步地，在所述步骤1中，所需参数至少包括频率、天线高度、地网高度和地网半径。

进一步地，获取到频率、天线高度、地网高度和地网半径参数后，需检查上述参数是否满足要求。

进一步地，频率满足要求在108MHz～117.975MHz之间。

进一步地，天线高度满足要求在1.1米～1.5米之间。

进一步地，地网高度小于30米即可满足要求。

进一步地，地网半径大于15米即可满足要求。

进一步地，在所述步骤2中，采用如下公式生成阵子垂直方向图E_振子：

其中，θ为0°到360°，间隔为0.01°。

进一步地，在所述步骤3中，采用公式2生成经地面反射的垂直方向图，采用公式3生成经地网反射的垂直方向图：

其中，E_地网为天线经地网反射的垂直辐射场型，E_地面为天线经地面反射的辐射场型，E₀是幅值，λ为波长，δ是垂直方向角度，δ取值为0°到90°，ψ是相位，H_{天线到地面}是天线距离地面的高度，H_{天线到地网}是天线距离地网的高度。

进一步地，在所述步骤4中，采用如下公式将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图E_合成：

其中，E² _地网为经地网反射的垂直方向图，E² _地面经地面反射的垂直方向图。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计科学合理，通过上述方法，能够快速自动生成全向信标天线阵垂直方向图，能有效解决全向信标天线阵垂直方向图无法自动生成的技术问题，从而保证了全向信标场地保护与电磁环境评估中能随时使用上垂直方向图，消除因垂直方向图错误而引起的评估问题。

附图说明

图1为本发明全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法流程示意图。

图2为本发明根据公式(1)生成的阵子全向信标天线振子垂直方向图。

图3为本发明根据公式(2)生成的天线经地网反射的垂直方向图。

图4为本发明根据公式(3)生成的天线经地面反射的垂直方向图。

图5为本发明根据公式(4)生成的全向信标天线阵垂直方向图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、从全向信标天线获取所需参数。所需参数至少包括频率、天线高度、地网高度和地网半径。并且，获取到频率、天线高度、地网高度和地网半径参数后，需检查上述参数是否满足要求。其中，频率在108MHz～117.975MHz之间即可满足要求，天线高度在1.1米～1.5米之间即可满足要求，地网高度小于30米即可满足要求，地网半径大于15米即可满足要求。

步骤2、生成阵子垂直方向图。采用如下公式生成阵子垂直方向图E_振子：

其中，θ为0°到360°，间隔为0.01°。

步骤3、生成经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图。采用如下公式生成经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图：

其中，E_{_地网}为天线经地网反射的垂直辐射场型，E_{_地面}为天线经地面反射的辐射场型，E₀是幅值，λ为波长，δ是垂直方向角度，δ取值为0°到90°，ψ是相位，H_{天线到地面}是天线距离地面的高度，H_{天线到地网}是天线距离地网的高度。

步骤4、将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图。采用如下公式将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图E_合成：

其中，E² _地网为经地网反射的垂直方向图，E² _地面经地面反射的垂直方向图。

本发明设计科学合理，通过上述方法，能够快速自动生成全向信标天线阵垂直方向图，能有效解决全向信标天线阵垂直方向图无法自动生成的技术问题，从而保证了全向信标场地保护与电磁环境评估中能随时使用上垂直方向图，消除因垂直方向图错误而引起的评估问题。

实例数据计算：

为展示计算方法，验证计算精度，仅用一个反射网高度、一个角度进行垂直辐射场计算，如一个高度、一个角度计算正确，则直接可推广至多个高度、360°的情况。

假设DVOR频率为118MHz，则波长λ＝2.54m，E₀天线距离反射网H_{天线到地网}1.2m，反射网架设高度H_{天线到地面}5m，相位ψ取0°。振子方向图计算的角度θ与δ为15°。

1、根据公式1，

2、

3、

4、

结果表明，采用本发明方法能够快速自动生成全向信标天线阵垂直方向图，能有效解决全向信标天线阵垂直方向图无法自动生成的技术问题，从而保证了全向信标场地保护与电磁环境评估中能随时使用上垂直方向图，消除因垂直方向图错误而引起的评估问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围。但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、从全向信标天线获取所需参数；

步骤2、生成振子垂直方向图；

步骤3、生成经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图；

步骤4、将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图；

在所述步骤2中，采用如下公式生成振子垂直方向图E_振子：

其中，θ为0°到360°，间隔为0.01°；

在所述步骤3中，采用公式2生成经地网反射的垂直方向图，采用公式3生成经地面反射的垂直方向图：

其中，E_地网为天线经地网反射的垂直辐射场型，E_地面为天线经地面反射的辐射场型，E₀是幅值，λ为波长，δ是垂直方向角度，δ取值为0°到90°，ψ是相位，H_{天线到地面}是天线距离地面的高度，H_{天线到地网}是天线距离地网的高度。

2.根据权利要求1所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，在所述步骤1中，所需参数至少包括频率、天线高度、地网高度和地网半径。

3.根据权利要求2所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，获取到频率、天线高度、地网高度和地网半径参数后，需检查上述参数是否满足要求。

4.根据权利要求3所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，频率满足要求在108MHz～117.975MHz之间。

5.根据权利要求3所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，天线高度满足要求在1.1米～1.5米之间。

6.根据权利要求3所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，地网高度小于30米即可满足要求。

7.根据权利要求3所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，地网半径大于15米即可满足要求。

8.根据权利要求1所述的全向信标天线阵垂直辐射场型快速仿真方法，其特征在于，在所述步骤4中，采用如下公式将经地网反射的垂直方向图和经地面反射的垂直方向图合成为全向信标天线阵垂直方向图E_合成：

其中，E² _地网为经地网反射的垂直方向图，E² _地面经地面反射的垂直方向图。