[发明专利]一种有限阵列天线分析方法

摘要

本发明公开了一种有限阵列天线分析方法，包括以下步骤：依据求解精度确定子阵求解规模；矩量法对确定的子阵进行全波求解；由子阵求解结果外推中、大型阵列；子阵辐射场求解时，假设为辐射远场，得到阵列天线方向图。本发明方法运用阵列天线单元辐射场的局域效应和电磁场叠加原理，把中、大型阵列天线的数值仿真问题，依据求解精度简化为子阵的全波求解，再把大型阵列中各单元的辐射场用子阵中对应位置上的单元辐射场等效，最后利用叠加定理计算总辐射场，从而避免了计算过程中的全阵矩阵填充和解线性方程组运算，并将大型阵列的辐射场计算问题转化为一个小型阵列的单元辐射场计算问题，有效地减小了计算量，降低了实现难度。

主权项

1.一种有限阵列天线分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)依据求解精度确定子阵求解规模；对于待分析的中大型天线阵，设计一个同样拓扑结构的小型阵列，对中心单元馈电，采用矩量法求解，仿真得到天线阵表面电流分布，然后根据求解精度确定子阵求解规模；所述中大型天线阵为阵元数大于1000的天线阵；所述小型阵列为阵元数为几十至400的天线阵；2)矩量法对确定的子阵进行全波求解；采用矩量法求解子阵问题，求解过程中对于介质部分的处理，采用基于面等效的PMCHW方程和基于体等效的提积分方程，电场体积分方程用来处理介质问题，金属部分采用电场积分方程求解；3)由子阵求解结果外推中、大型阵列；依据求解问题的精度，可以把中、大型阵列的求解转化为不同规模的子阵求解，每个规模的子阵方格中有一个天线单元，按矩形栅格排列，对该阵列建立球坐标系，天线阵位于xy平面，假设空间任意一点处的场强为进行k阶近似，对于中、大型阵列，当只考虑每个单元四周相邻k个单元互耦影响时，可以把整个阵列的求解转化为(2k+1)*(2k+1)的阵列单元求解，采用矩量法分别求解阵列单元1,2，…，(2k+1)²馈电时的辐射场，记为在由子阵外推到全阵辐射场时，子阵辐射场对应在全阵的位置，分别记为S₁，S₂，…，S_(2k+1)²，全阵的方向可以表示为：式中k＝2π/λ为波数，λ为波长；d_x为x方向相邻单元间的间距，d_y为y方向相邻单元间的间距；I_nm为阵中第(n，m)个天线单元的馈电幅度和相位；i为k阶近似单元的下标；4)子阵辐射场求解时，假设中，r→∞，去掉和项，则式(1)为辐射远场，再对r做归一化，则得到阵列天线方向图。