用于模拟来自天线结构的近场效应的点源模型制造技术

本文档描述了生成点源模型以用于模拟来自天线结构的近场效应的技术和系统。该技术和系统基于从电磁模拟中提取的近场值，生成天线阵列的有源元件以及在某些情况下无源元件的相应远场辐射图案。远场辐射图案考虑了有源元件和天线结构之间的电磁相互作用，天线结构可以包括天线阵列的无源元件。该技术和系统输出远场辐射图案，该远场辐射图案对于使用渐近数值方法模拟天线阵列和至少一个相互作用结构之间的电磁相互作用是有效的。使用所描述的点源模型，工程师能够针对天线阵列的各种配置和应用快速且准确地模拟天线阵列与相互作用结构之间的电磁相互作用。构之间的电磁相互作用。构之间的电磁相互作用。

【技术实现步骤摘要】
用于模拟来自天线结构的近场效应的点源模型

技术介绍

[0001]天线在各种应用和配置中用于发射和接收电磁信号，诸如在雷达系统中用于检测和跟踪物体。天线阵列包括用于发射和接收电磁辐射的有源元件和无源元件的组合，以及可以包括电路板、反射表面、接地平面、天线罩或外壳的天线结构。天线阵列通常位于其他结构附近(例如，交通工具保险杠后面)，来自有源元件的电磁辐射与天线阵列相互作用。位于天线阵列近场区域内的天线结构和相互作用结构对天线阵列的电磁特性和性能产生重大影响。
[0002]为了针对各种应用优化天线的放置和配置，工程师模拟天线阵列及其附近的相互作用结构。为了执行这些模拟，工程师通常使用全波模拟方法，该方法可以准确表示来自天线阵列的电磁辐射以及与天线结构和相互作用结构的电磁相互作用。全波模拟方法求解由天线结构和相互作用结构的精细细节生成的密集网格模型。使用全波模拟方法求解这些网格模型需要大量的计算资源和时间。为了避免这些高成本，一些工程师使用渐近数值方法，这需要更少的计算和时间。然而，这些渐近数值方法不能模拟与位于有源元件的近场区域内的天线结构和相互作用结构的电磁相互作用。

技术实现思路

[0003]本文档描述了生成点源模型以用于模拟来自天线结构的近场效应的技术和系统。该技术和系统基于从电磁模拟中提取的近场值，生成天线阵列的有源元件以及在某些情况下无源元件的相应远场辐射图案。远场辐射图案考虑了有源元件和天线结构之间的电磁相互作用，天线结构可以包括天线阵列的无源元件。该技术和系统输出远场辐射图案，该远场辐射图案对于使用渐近数值方法模拟天线阵列和至少一个相互作用结构之间的电磁相互作用是有效的。使用所描述的点源模型，工程师能够针对天线阵列的各种配置和应用快速且准确地模拟天线阵列与相互作用结构之间的电磁相互作用。
[0004]例如，本文档描述了一种生成天线阵列的源模型的方法。天线阵列的源模型对天线阵列的有源元件和天线结构进行建模。所描述的方法模拟由有源元件辐射到空间中的电磁辐射场以及辐射场与天线结构之间的电磁相互作用。该方法随后基于电磁辐射场与天线结构的相互作用为每个有源元件提取至少一个近场值。该方法使用对提取的近场值的近场到远场变换来生成各个有源元件的远场辐射图案。该方法输出远场辐射图案。远场辐射图案在使用渐近数值方法模拟天线阵列和相互作用结构之间的电磁相互作用方面是有效的。
[0005]本文档还描述了：计算机可读存储介质，其具有用于执行上面总结的方法和本文阐述的其他方法的指令；以及用于执行这些方法的系统。
[0006]本
技术实现思路
介绍了生成点源模型以模拟来自天线阵列结构的近场效应的简化概念，将在下面的详细说明和附图中进一步描述生成点源模型以模拟来自天线阵列结构的近场效应。本
技术实现思路
并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，亦非旨在用于确定要求保护的主题的范围。附图的简要说明
[0007]用于模拟来自天线阵列结构的近场效应的点源模型的一个或多个方面的细节在本文档中参考以下附图进行描述。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件：图1示出了示例环境，其中天线模拟器对天线阵列的一个或多个部件进行建模，并生成点源模型以用于模拟来自天线结构的近场效应。图2示出了使用点源模型模拟天线阵列和相互作用结构之间的电磁相互作用的示例相互作用模拟器。图3示出了对天线阵列的有源元件和无源元件进行建模并生成点源模型的示例天线模拟器。图4图示了由天线模拟器执行以生成点源模型的示例方法。
具体实施方式
概述
[0008]本文档描述了生成点源模型以用于模拟来自天线结构的近场效应的技术和系统。点源模型允许更准确、更快速地模拟天线阵列以及与天线阵列附近的相互作用结构的电磁相互作用。该技术和系统生成对天线阵列的有源元件和天线结构进行建模的源模型。天线结构可以包括接地平面、反射表面、电路板、无源元件、外壳和天线罩。这些技术和系统随后使用源模型模拟辐射到空间中并由天线元件接收的电磁辐射场。在模拟中，天线结构在有源元件的电磁辐射场内的某个位置被建模。该技术和系统基于电磁辐射场与天线结构的相互作用为有源元件中的每一个提取至少一个近场值。基于对近场值的近场到远场变换，这些技术和系统分别为有源元件生成远场辐射图案，并然后输出远场辐射图案。该技术和系统还可以包括用于无源元件的远场辐射图案。远场辐射图案对于在天线阵列的各种配置和应用下快速且准确地模拟天线阵列与相互作用结构之间的电磁相互作用是有效的。
[0009]工程师使用模拟工具来分析天线阵列在各种配置和应用中的性能。这种模拟可以利用全波方法或渐近数值方法。全波模拟可在不近似或忽略电磁场分量的情况下求解完整的麦克斯韦方程组。相反，渐近数值方法在射线或射线场方面描述电磁辐射。它通过反射、衍射等来近似电磁辐射与结构的相互作用。渐近数值方法通常设计用于模拟与放置在天线阵列远场区域中的结构的电磁相互作用，并且不能轻易地对位于近场中的结构(诸如天线结构或相互作用结构)进行建模。
[0010]作为示例，考虑用于检测和跟踪驾驶员辅助系统中的物体的雷达设备。汽车制造商通常将此类雷达设备的天线阵列安装在靠近交通工具结构的地方(例如，在保险杠、前灯或外板后面)。为了确定雷达设备的性能和最佳位置，工程师可以针对大批交通工具模拟雷达天线阵列与在特定交通工具上不同位置中的交通工具结构的电磁相互作用。此类模拟必须考虑天线结构和交通工具结构的复杂特征，以提高其准确性。传统的全波模拟在天线结构和交通工具结构处创建精细网格。这些网格的模拟需要大量的计算资源。随着工程师运行多个模拟，运行模拟所需的资源和时间呈指数增长。相比之下，传统的渐近数值方法无法充分建模和模拟位于雷达天线阵列近场区域内的天线结构的复杂性。此外，如果工程师使用传统的渐近数值方法来模拟雷达天线阵列和交通工具结构之间的电磁相互作用，则该模拟将使用有源元件的理想化的辐射图案，而不考虑与天线结构(包括无源元件)的电磁相互
作用和来自天线结构(包括无源元件)的反射辐射。
[0011]所描述的点源模型提供了更准确且计算高效的技术和系统来模拟雷达天线阵列和交通工具结构之间的电磁相互作用。该技术和系统生成雷达设备的有源元件和天线结构的源模型，该雷达设备可以包括无源元件。该技术和系统随后模拟由有源元件辐射到空间中的电磁辐射场，并为每个有源元件提取至少一个近场值。在某些情况下，该技术和系统还为每个无源元件提取至少一个近场值。近场值考虑了电磁辐射场与天线结构的相互作用，从而提供了雷达设备的电磁特性和性能的更准确表示。如果合适的话，该技术和系统从有源元件和无源元件中的每一个的近场值生成远场辐射图案。该技术和系统输出远场辐射图案，该远场辐射图案可用于使用渐近数值方法模拟雷达设备和交通工具结构之间的相互作用。因此，所描述的技术和系统为雷达设备生成有源元件和无源元件的准确远场表示。与全波模拟方法相比，所描述的技术和系统降低了模拟特定交通工具或多辆交通工具的保险杠后面的不同位置中的雷达设备的计算成本。每次模拟的模拟时间从几小时或几天减少到几十分钟。渐近数值方法还可以使用所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生成天线阵列的点源模型的方法，包括：生成源模型，所述源模型对所述天线阵列的至少两个有源元件和所述天线阵列的天线结构进行建模；模拟由所述有源元件辐射到空间中的电磁辐射场，所述模拟是基于在所述电磁辐射场内某一位置处建模的所述天线结构；基于所述电磁辐射场与所述天线结构的相互作用，为每个所述有源元件提取至少一个近场值；为每个所述有源元件生成远场辐射图案，所述生成是基于对相应有源元件的所述近场值的近场到远场变换；以及输出所述远场辐射图案，所述远场辐射图案对于使用渐近数值方法模拟所述天线阵列与至少一个相互作用结构之间的电磁相互作用是有效的，所述渐近数值方法将所述远场辐射图案模拟为射线或射线场。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源模型的所述天线结构包括所述天线阵列的表面、所述天线阵列的电路板、所述天线阵列的接地平面、所述天线阵列的天线罩、所述天线阵列的外壳，或所述天线阵列的无源元件中的至少一个。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述天线结构包括：至少两个无源元件，以及所述表面、所述电路板、所述接地平面、所述天线罩或所述外壳中的至少一个；所述方法进一步包括：基于所述电磁辐射场与所述天线结构的相互作用，为每个所述无源元件提取至少一个近场值；以及为每个所述无源元件生成远场辐射图案，所述生成是基于对相应无源元件的所述近场值的近场到远场变换；并且其中，对所述远场辐射图案的输出包括输出所述有源元件的所述远场辐射图案和所述无源元件的所述远场辐射图案。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有源元件包括所述天线阵列的发射器中的元件的第一子集，所述发射器中的其他元件包括元件的第二子集；其中，所述天线结构包括作为所述源模型中的无源元件的所述元件的第二子集；并且所述方法还包括为所述天线阵列生成另一点源模型，其中所述元件的第二子集被建模为另一源模型中的所述有源元件，而所述元件的第一子集被建模为另外一个源模型中的无源元件。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，提取所述有源元件的所述至少一个近场值和所述无源元件的所述至少一个近场值为每个所述有源元件提取至少七个近场值，并且为每个所述无源元件提取至少七个近场值。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源元件包括一个或多个贴片天线子阵列的贴片元件、一个或多个缝隙天线子阵列的缝隙元件、或一个或多个偶极天线子阵列的偶极元件。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述天线阵列包括雷达天线、第五代(5G)无
线技术天线、60
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GHz无线网络天线、Ka波段天线或短程通信天线。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渐近数值方法包括射线发射法、几何光学法、射线发射几何光学法、物理光学法、几何衍射理论法或物理衍射理论法。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模拟由所述有源元件辐射到空间中的所述电磁辐射场包括执行全波模拟方法，所述全波模拟方法求解完整的麦克斯韦方程组。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：使用所述渐近数值方法将所述远场辐射图案模拟为辐射到空间中的射线或射线场；以及确定所述射线或射线场与所述至少一个相互作用结构的相互作用。11.一种计算机可读存储介质，包括用于为天线阵列生成点源模型的计算机可执行指令，所述指令在执行时使计算设备的处理器：生成源模型，所述源模型对所述天线阵列的至少两个有源元件和所述天线阵列的天线结构进行建模；模拟由所述有源元件辐射到空间中的电磁辐射场，所述模拟是基于在所述电磁辐射场内某一位置处建模的所述天线结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：安波福技术有限公司，
类型：发明
国别省市：