[发明专利]一种基于HFSS单元法的大型有限平面阵列分析方法

权利要求书

1.一种基于HFSS单元法的有限平面阵列分析方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，HFSS单元法分析：利用HFSS单元法建立无限阵列模型，并对主从边界表面间相位差采样，仿真得到一个完整周期结构内各采样点的无限阵有源反射系数；

步骤2，耦合分析：对不同采样点下的无限阵有源反射系数做傅立叶变换实现阵列的互耦分析，确定无限阵的耦合S参数；

步骤3，有源单元方向图分析：根据有源单元方向图与耦合S参数的关系，结合独立阵元方向图、有限阵的阵元位置、幅相信息确定有源单元方向图；

步骤4，阵列方向图综合与修正：综合有源单元方向图，并对综合结果进行修正最终得到综合方向图；

步骤1所述HFSS单元法分析，具体如下：

(1.1)利用HFSS单元法建立无限阵列模型：在电磁仿真软件HFSS中对单个阵元建模，沿着阵列栅格方向加两对主从边界对强制场周期性实现平面阵列的无限阵模型；

(1.2)对两个方向上的主从边界表面间相位差p₁、p₂进行N*N点采样，N表示采样点数：

(1.3)采用MATLAB-HFSS联合仿真的方法进行仿真得到一个完整周期结构内不同采样点下的无限阵有源反射系数

2.根据权利要求1所述的基于HFSS单元法的有限平面阵列分析方法，其特征在于，步骤2所述耦合分析的具体过程如下：

对不同采样点下的无限阵有源反射系数做二维傅立叶变换，得到无限阵的耦合S参数

其中，δ₁、δ₂分别表示沿着阵列栅格两个方向上的相邻阵元间的相位差，p、q分别表示沿着阵列栅格两个方向上距离参考阵元的第p个阵元和第q个阵元，N表示采样点数，其中

3.根据权利要求1所述的基于HFSS单元法的有限平面阵列分析方法，其特征在于，步骤3所述有源单元方向图分析，具体如下：

对于一个M个阵元的有限大平面阵列，阵列中M个单元的激励信号的场强为a_i，i＝1,2,…,M，考虑各天线单元之间的互耦影响，第k单元的反射信号场强b_k表示为：

式中，S_ki是反映第i单元对第k单元影响的互耦系数；第k单元的有源反射系数定义为则阵列中第k个阵元激励而其它阵元接匹配负载时的有源单元方向图如下：

E_k(θ,φ)＝I(θ,φ)(a_k+b_k)＝I(θ,φ)a_k(1+Γ_k)

其中，I(θ,φ)为地平面内一个独立阵元的方向图，E_k(θ,φ)为阵列中第k个阵元激励而其它阵元接匹配负载时的有源单元方向图，a_k为第k单元的激励信号场强。

4.根据权利要求1所述的基于HFSS单元法的有限平面阵列分析方法，其特征在于，步骤4所述阵列方向图综合与修正，具体如下：

对于M个阵元的有限大平面阵列，绝对远场方向图F(θ,φ)如下：

F(θ,φ)＝cE(θ,φ)

其中c是方向图综合的修正因子，满足公式：

其中，I(θ,φ)为地平面内一个独立阵元的方向图，E_k(θ,φ)为阵列中第k个阵元激励而其它阵元接匹配负载时的有源单元方向图，a_k为第k单元的激励信号场强，b_k为第k单元的反射信号场强。