專利名稱：一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線建模優(yōu)化方法，屬于電磁兼容領(lǐng)域，具體來說是一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法。
背景技術(shù)：
天線是一種將電信號轉(zhuǎn)化為自由空間電磁波信號的轉(zhuǎn)換器，是無線電通信中最主要的器件。飛機(jī)機(jī)身空間狹小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)身上集成了大量的電子設(shè)備，大量天線集中在一個機(jī)身上。如果不對飛機(jī)天線進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計必然引起天線間的相互干擾和天線輻射方向圖的嚴(yán)重畸變，對天線功能符合性和性能畸變進(jìn)行分析與預(yù)測為天線間的干擾預(yù)測和裝機(jī)工作性能提供了基礎(chǔ)。在實際的天線設(shè)計過程中，天線廠家可能從天線設(shè)計到交付用戶的整個過程中沒有進(jìn)行天線的建模工作；或者由于其他原因廠家不能向外提供準(zhǔn)確的天線結(jié)構(gòu)模型。因此，難以準(zhǔn)確的獲取天線的電磁兼容模型，導(dǎo)致了在飛機(jī)電磁兼容性預(yù)測中很難得到可信的預(yù)測結(jié)果。同時，由于天線的工作頻率不斷提高，且天線結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜，在整機(jī)中使用詳細(xì)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行預(yù)測使得仿真計算成本較大，并且無法滿足電大尺寸模型的計算需求，因此，對天線模型進(jìn)行簡化也顯得很重要。

發(fā)明內(nèi)容
在系統(tǒng)電磁兼容性仿真預(yù)測階段，為了建立準(zhǔn)確的天線電磁兼容模型來實現(xiàn)系統(tǒng)電磁兼容性的預(yù)分析和預(yù)設(shè)計，本發(fā)明提出了一種天線電磁兼容模型反建模的優(yōu)化方法。該方法利用天線的類型和測試數(shù)據(jù)，根據(jù)天線輻射特性的經(jīng)驗公式計算出天線模型參數(shù)的初始參數(shù)，采用電磁場數(shù)值計算方法和多目標(biāo)非線性優(yōu)化算法進(jìn)行迭代計算，從而計算出與實際天線輻射特性相符的天線電磁兼容模型。由測試數(shù)據(jù)建立的天線模型，可以直接應(yīng)用于設(shè)備、分系統(tǒng)或整機(jī)電磁兼容性預(yù)測中，并提高了系統(tǒng)電磁兼容性預(yù)測的精度。本發(fā)明提供的基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法的主要步驟如下第一步根據(jù)電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)中的天線測試方法完成天線的測試，得到測試數(shù)據(jù)包括天線方向圖和阻抗數(shù)據(jù)。第二步利用第一步中得到的實際性能指標(biāo)的測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合天線性能指標(biāo)與天線模型參數(shù)之間的關(guān)系，計算出天線模型參數(shù)的初始值。第三步根據(jù)第二步計算出的天線模型參數(shù)初始值建立天線的電磁兼容模型，并使用電磁場數(shù)值計算方法計算天線電磁兼容模型的輻射特性。第四步將第三步的輻射特性數(shù)據(jù)和第一步中的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，計算出誤差矩陣得出誤差值，如果誤差值在誤差限的范圍內(nèi)則停止計算，否則采用非線性優(yōu)化算法完成對天線模型參數(shù)的修正。第五步根據(jù)修正的天線模型參數(shù)建立天線電磁兼容模型，返回第三步。
本發(fā)明基于天線方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行的天線建模方法的優(yōu)點(diǎn)在于(I)通過基于實測數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模的方法，提高了天線電磁兼容模型的準(zhǔn)確性和可信性。(2)針對天線的遠(yuǎn)場輻射方向圖實現(xiàn)天線電磁兼容模型的建立，使天線模型更具有針對性，提高了模型的精度。(3)利用多維多目標(biāo)的非線性優(yōu)化方法，對天線的電磁兼容模型進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得符合實際天線性能指標(biāo)的優(yōu)化模型。(4)基于試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模設(shè)計，在保證天線模型精度的情況下，簡化了天線復(fù)雜度。


圖1本發(fā)明提供的基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法流程圖；圖2天線輻射功率方向圖；圖3實施例中測試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)輻射功率方向圖對比曲線；圖4實施例中測試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)輻射強(qiáng)度方向圖對比曲線。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提 供一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，如圖1所示流程，具體步驟如下第一步獲取天線測試數(shù)據(jù)。根據(jù)中華人民共和國電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)SJ-2534. 3-1984和SJ-2534. 14-1985的測試方法和步驟，完成天線輻射方向圖和天線阻抗特性的測試，得到天線測試數(shù)據(jù)包括天線輻射方向圖和天線阻抗特性測試數(shù)據(jù)。根據(jù)輻射方向圖測試的配置試驗圖進(jìn)行方向圖測試首先，小心的調(diào)節(jié)方位角和俯仰角，并定位定向天線的最大福射方向；然后任意的分配一個方向角為0°和一個OdB的信號電平；其次，不改變俯仰設(shè)置，天線小心的在方位角上一點(diǎn)一點(diǎn)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得每一步的信號電平讀數(shù)為3dB。將這些信號電平與相對應(yīng)的方位角記錄下來，然后在極坐標(biāo)圖紙上畫出來就完成了天線輻射方向圖的測試。阻抗特性測試按照相應(yīng)的測試方法進(jìn)行測量。第二步從第一步的測試數(shù)據(jù)中，提取出天線的實際性能指標(biāo)參數(shù)(如增益、半功率波瓣寬度、阻抗等)，由天線性能指標(biāo)參數(shù)和天線模型參數(shù)之間的關(guān)系反推出天線的模型參數(shù)，從而獲得天線模型參數(shù)的初始值。對于矩形微帶天線其方向性函數(shù)，可由以下公式?jīng)Q定
權(quán)利要求
1.一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于 第一步根據(jù)電子工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)中的天線測試方法完成天線的測試，得到測試數(shù)據(jù)包括天線方向圖和阻抗數(shù)據(jù)； 第二步利用第一步中得到測試數(shù)據(jù)，并結(jié)合天線性能指標(biāo)與天線模型參數(shù)之間的關(guān)系，計算出天線模型參數(shù)的初始值； 第三步根據(jù)第二步計算出的天線模型參數(shù)初始值建立天線的電磁兼容模型，并計算天線電磁兼容模型的輻射特性； 第四步將第三步的輻射特性數(shù)據(jù)和第一步中的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出誤差值，如果誤差值在誤差限的范圍內(nèi)則停止計算，否則采用非線性優(yōu)化算法完成對天線模型參數(shù)的修正； 第五步根據(jù)修正的天線模型參數(shù)建立天線電磁兼容模型，返回第三步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于第三步中采用電磁場算法一矩量法完成天線輻射特性的計算，得到輻射特性數(shù)據(jù)包括方向圖數(shù)據(jù)和阻抗數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于第四步中，設(shè)某天線的E面方向圖仿真數(shù)據(jù)為r’ = Ir' vr' 2，…，r' J，其中r/ i為第i個方位角對應(yīng)的天線功率值，z’表示天線仿真阻抗數(shù)據(jù)；方向圖測試數(shù)據(jù)為r=Ir11T2,-,rn}, z表示天線測試阻抗數(shù)據(jù)；設(shè)e為誤差限；若天線仿真阻抗數(shù)據(jù)與測試阻抗數(shù)據(jù)滿足
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，其特征在于完成天線模型參數(shù)的修正通過迭代優(yōu)化算法來實現(xiàn)，具體為 對于一維迭代優(yōu)化算法，以增益為例進(jìn)行說明，假設(shè)天線增益只與模型的一個參數(shù)有關(guān)，則天線目標(biāo)增益與模型參數(shù)之間的關(guān)系表示為一維函數(shù)g(x) = Gtl，其中X表示模型尺寸參數(shù)，函數(shù)g(x)表示增益與尺寸之間的函數(shù)表達(dá)式，G0為目標(biāo)增益； 令f(x) = g (X)-Gci,則方程f (X) = O的根為目標(biāo)增益g (X) = Gci對應(yīng)的模型參數(shù)值；將方程f (X) =O化為X= (X)的形式,從而得到迭代公式xn+1 = 4) (xn), Xi表示第i步迭代時天線的模型參數(shù)值;利用Newton迭代算法構(gòu)造
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于方向圖和輸入阻抗測試數(shù)據(jù)的天線建模方法，屬于電磁兼容領(lǐng)域。本發(fā)明利用天線的類型和測試數(shù)據(jù)，根據(jù)天線輻射特性的經(jīng)驗公式計算出天線模型的初始參數(shù)，采用電磁場數(shù)值計算方法和多目標(biāo)非線性優(yōu)化算法進(jìn)行迭代計算，從而計算出與實際天線輻射特性相符的天線電磁兼容模型。本發(fā)明由測試數(shù)據(jù)反設(shè)計出的天線模型，可以直接應(yīng)用于設(shè)備、分系統(tǒng)或整機(jī)電磁兼容性預(yù)測中，天線模型更具有針對性，并提高了系統(tǒng)電磁兼容性預(yù)測的精度，提高了天線電磁兼容模型的準(zhǔn)確性和可信性。本發(fā)明基于試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行天線建模設(shè)計，在保證天線模型精度的情況下，簡化了天線復(fù)雜度。
文檔編號G06F17/50GK103065007SQ20121056997
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者賈云峰, 吳亮, 馬超, 胡修, 魏嘉利, 吳藻菡, 蘇東林 申請人:北京航空航天大學(xué)