[发明专利]基于网格转换的平板裂缝阵天线机电综合分析方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是平板裂缝阵天线的机电综合分析方法，用于提高平板裂缝阵天线计算机辅助分析的精度与效率。

背景技术

平板裂缝阵天线是波导裂缝天线的主要形式，其具有结构简单、紧凑、馈电方便和口径利用率高等特点，在微波波段和毫米波的低端具有广泛应用。由于平板裂缝阵天线是一种机电综合的产品，其结构特性直接影响电磁特性，尤其是大口径高频段的平板裂缝阵天线，电磁性能对结构更为敏感。在平板裂缝阵天线传统的分析中，由于其辐射波导、耦合波导、激励波导的物理尺寸差异较大，结构分析的网格往往不统一，而电磁分析又需要统一的网格尺寸和形式。结构网格和电磁网格的均匀性，网格密度均存在不匹配的问题，这给平板裂缝天线分析的精度与效率带来了严重的影响。

现有的平板裂缝阵天线机电综合分析方法中结构分析采用的有限元方法是对整个天线结构进行网格划分，得到的是结构体内部和外部边界上的网格节点信息，而电磁场分析采用的矩量法是对结构体的外部边界即电磁场边界进行网格划分。因此，结构分析和电磁分析之间网格节点信息的传递准确与否关系着机电综合分析的准确性，即从结构分析中提取出网格信息要能够反映出电磁场的边界信息。而且针对不同的天线结构有限元模型也有所不同，不可能给出通用的结构边界网格信息提取方法，需针对具体结构有限元给出其网格提取方法。结构位移场的存在，变形前后的网格信息也将改变，同时电磁分析的准确度还受到网格信息的控制。因此，结构分析与电磁分析地单独进行也必然会严重影响平板裂缝天线分析的精度与效率。

对于平板裂缝阵天线机电综合分析中所存在的上述问题，目前学术论文和专利中主要采用的处理方法是从结构网格拟合出新的曲面方程，然后将曲面方程引入到电磁场分析中，重新生成网格进行分析计算。这种方法的优点是可以忽略实际的平板裂缝天线结构形式和具体的结构网格，生成有利于电磁分析计算的新的电磁网格；其缺点是拟合过程中忽略了结构网格模型中因制造误差、装配误差、环境影响所产生的结构变形细节，使得计算结果与实际测试结果有较大的偏差。对于辐射波导、耦合波导、激励波导的网格形式不统一的问题，目前的主要处理办法是针对不同的物理尺寸，采用不同的电磁分析方法，对于尺寸较小的耦合波导、激励波导，采用矩量法等较精确的分析方法，而对于尺寸较大的辐射波导，采用高频近似方法。这种方法虽然平衡了计算精度与计算时间的矛盾，但是仍然存在结构网格与电磁网格不匹配，结构分析与电磁分析脱节的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种平板裂缝天线的机电综合分析方法，将天线的结构网格直接转换为电磁分析网格，使结构网格与电磁网格相匹配，同时考虑天线的结构变形细节，将天线结构分析和电磁分析形成一个有机整体，提高了平板裂缝阵天线分析的精度与效率。

实现本发明目的的技术方案是，根据平板裂缝阵天线的结构参数建立天线的有限元模型；根据天线的工作频率确定天线结构分析网格的划分密度，对天线结构网格进行细化；对细化后的天线结构网格进行结构分析，提取出变形后天线的结构模型；将天线结构模型的四面体体单元向三角形面单元转换，构建天线的表面模型；根据天线的表面模型提取和合成变形后天线结构的内腔模型；将天线的内腔模型转换为天线的电磁分析模型，从而最终实现平板裂缝阵天线的机电综合分析。具体步骤如下：

(1)根据平板裂缝阵天线的实际结构参数，通过结构分析软件建立平板裂缝天线的有限元三维模型；

(2)从平板裂缝阵天线有限元三维模型中分别提取出天线辐射面、耦合面、激励面的网格节点坐标，构建辐射面、耦合面和激励面的原始结构网格；

(3)根据天线的工作频率对辐射面、耦合面和激励面的原始结构网格进行细化：

(3a)根据平板裂缝天线的工作频率，确定网格划分大小；

(3b)将辐射波导的原始网格中的每一个三角形一分为四，即把每一个三角形三条边的中心线连接在一起，将每一个三角形划分成四个小三角形；

(3c)判断细化后的网格是否满足步骤(3a)确定的网格大小要求，如果满足，则细化结束，反之，重复步骤(3b)，进一步细化网格，直到满足步骤(3a)确定的网格大小要求为止；

(3d)针对天线耦合波导和激励波导的原始结构网格，重复上述步骤(3b)至步骤(3c)，得到各自细化后的天线结构网格。

(4)根据有限元分析软件对细化后的天线结构网格进行结构分析，得到天线变形之后的结构网格；

(5)将天线变形之后的结构网格中的四面体体单元转换为三角形面单元；