[发明专利]一种微带稀疏天线阵列增益快速计算方法

说明书

本发明公开了一种微带稀疏天线阵列增益快速计算方法。该方法在单个天线阵列单元增益基础上，通过划分稀疏天线阵列的子阵列，考虑子阵列天线内部电磁耦合，并通过天线阵列前向区域与后向区域分开计算的方式，获得微带稀疏天线阵列的增益特性。本发明考虑了天线阵列阵元之间耦合对天线阵列增益的影响，具有较高的仿真精度；在单个天线阵列单元增益基础上，通过数据处理来获得整个阵列的增益特性，节省大量仿真时间，极大降低计算机资源耗费，具有快速与灵活特点，特别适合设计过程中对稀疏天线阵列增益性能的快速评估。

技术领域

本发明涉及微波电磁场技术中的天线技术领域，尤其涉及一种微带稀疏天线阵列增益的快速计算方法。

背景技术

毫米波天线技术已经取得了长足的发展，已经广泛应用于导航、定位、自动驾驶、5G、目标检测等领域，深刻改变着人类社会的模式。当前，毫米波天线技术已经朝着更精密探测识别、更高频段的方向不断发展。然而高精度、高频段的发展需求已经给毫米波天线设计带来了巨大的挑战，体现为：高精度毫米波天线要求以天线组阵的方式工作，才能形成更窄的波束宽度，这对天线的安装口径与安装空间提出了更高的要求，传统阵列往往导致设备体积庞大，功耗巨大，毫米波微带稀疏阵列可以实现在有限的空间内设计出更大口径的天线阵列，同时降低阵列天线的馈电复杂度；高频毫米波天线的设计意味着更加庞大的仿真计算量，对计算机资源、仿真时间等都提出了更高的要求，特别是在设计过程中存在反复，对计算资源和周期是巨大的考验。

对于W波段微带稀疏天线阵列这种高频天线，其阵列单元多、频段高，带来的巨量仿真计算是限制其进一步发展的重要因素。

发明内容

本发明针对W波段微带稀疏天线阵列仿真设计计算量大，带来设计周期长，计算资源耗费高的不足，提出将W波段微带稀疏天线阵列进行子阵列划分、前后向增益综合计算的方法，考虑天线阵列单元之间的耦合，大大降低计算量并保证仿真的精度，从而快速获得W波段微带稀疏天线阵列的全向增益特性。

为了达到上述目的，本发明提供一种W波段微带稀疏天线阵列增益快速计算方法，包含以下步骤：

步骤一：天线阵列单元前向远场场值数据电磁仿真：

通过电磁仿真获得微带稀疏天线阵列单元在特定激励下的X\Y\Z三个方向的前向远场场值数据、增益以及天线阵列单元辐射效率；

步骤二：子阵列划分和归类：

根据设计好的微带稀疏天线阵列的布局，依次将邻近的具有较强耦合效应(耦合强度大于1％)的天线阵列单元划分组成一个子阵列，并将结构相同的子阵列归为一种子阵列类型。

步骤三：子阵列内部天线阵列单元前向远场场值数据电磁仿真：

分别对步骤二中划分得到的不同子阵列类型的内部天线阵列单元进行激励，获得各子阵列类型内部天线阵列单元的前向远场场值数据。

步骤四：系统误差计算：根据步骤一中获得天线阵列单元的前向远场场值数据，通过电磁场换算功率，结合天线辐射效率，计算出该天线阵列单元的前向增益，并与步骤一电磁仿真直接获得的增益比对，得到系统误差，用于后续计算过程的系统误差消除；

步骤五：微带稀疏阵列前向增益计算：按照微带稀疏天线阵列各个天线阵列单元的实际激励，以及各个天线阵列单元的空间坐标，在步骤三中获得的各子阵列类型的前向远场场值数据基础上，进行实际激励的幅度和相位的叠加，并采取电场矢量叠加的方式，获得最终微带稀疏天线阵列实际激励下的前向总的远场。采取电磁场与功率换算方式，结合天线阵列单元辐射效率以及步骤四中获得的系统误差修正，计算获得微带稀疏天线阵列的前向增益。

步骤六：微带稀疏阵列后向增益计算：增大天线阵列单元中介质的长度，扩大金属地面，通过电磁仿真获得天线阵列单元的后向远场场值数据。利用步骤五的方法，计算获得微带稀疏天线阵列的后向增益。