【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阵列天线辐射场预测技术，尤其涉及一种基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法。
技术介绍
1、阵列天线是由许多天线单元组成，相对于传统的单天线，具有高方向性的优势；阵列天线通过控制天线阵元的馈电相位使辐射波束偏移，通过电控实现波束扫描，具有远远优越于传统机械式扫描的阵列天线的快速波束扫描能力。
2、目前关于阵列天线主要在于远场辐射特性的应用。但随着应用场景的增多，阵列天线的近场特性也逐渐成为一个研究热点。对于阵列天线的近场分析，往往通过全波仿真的方法，比如用hfss、feko、cst等全波仿真软件，其基于矩量法、有限差分法等数值算法，能够提供较好的计算精度。但由于现代阵列天线多具有电大尺寸、空间多尺度、材料多样性的特点，全波分析将消耗巨大计算资源以及计算时间。
3、在全波仿真受限的情况下，目前常用基于叠加原理的近场分析公式,一方面，这是一个标量场强合成公式，它无法给出极化信息,尤其是纵向极化信息；另一方面，它也没有考虑单元间耦合的影响。不同于远场，阵列天线近场在不同阵元间存在非线性的空间位置因子，每个阵元到观测点的波束不能做平行处理；近场天线在设计时需要精确考虑每一点的非线性空间位置因子。近场信息的计算无法采用固定的相位中心，在辐射场叠加过程中，相位中心随着天线单元而不断转移。同时，近场波束赋形维度也会从远场的(θ，φ)变为(x,y,z)，极化变为三维矢量极化(ex,ey,ez)。近场空间存在着明显的纵向极化。常规的基于叠加原理的标量场合成公式显然适用性不足，尤其是在涉及近场焦点扫描、极化
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，包括以下步骤：
3、1)对阵列天线的天线单元，构建单元特性表征矩阵；具体如下：
4、对天线单元n，构建一个3*5的矩阵an，其结构为
5、
6、其中，是空间旋转矩阵，用于表征单元在单元局部坐标系下的朝向信息；
7、是天线单元的位置坐标，根据几何布阵方式计算得到；
8、amp是阵元的激励幅度，pha是阵元的相位；elt是方向图的类型索引；
9、2)根据单元特性表征矩阵，构建阵列天线的阵列配置描述矩阵；
10、对于一个有k个单元组成的阵列天线，构建一个3*5*k的矩阵b；
11、3)设置阵列频率、辐射功率、辐射效率参数；
12、4)将源极化矢量从单元局部坐标系投影到阵列全局坐标系；
13、对于线极化天线，单元n在口径面上电极化矢量为e，将其设为沿x轴的单位矢量，则其在单元局部坐标系下坐标为ue＝(1,0,0)，局部坐标系原点为uo＝(0；0；0)；
14、则单元n源极化矢量从单元局部坐标系投影到阵列全局坐标系
15、
16、uog为阵列全局坐标系下的原点，ueg为阵列全局坐标系下沿x轴的单位矢量；
17、5)根据场观察点位置，计算源极化矢量在场点的投影；
18、5.1)构建极化旋转矩阵；
19、设全局坐标系下，场观察点的球坐标位置为则极化旋转矩阵为：
20、
21、其中，prot为极化旋转矩阵，ptra为平移矩阵，zr表示绕z轴旋转，yr表示绕y轴旋转；
22、
23、5.2)根据场观察点位置，利用极化旋转矩阵获得源极化矢量在场点投影；
24、
25、其中，inv为矩阵求逆运算，uf为投影后的矢量，uof为投影后的源点坐标，uef为投影后的端点坐标；
26、6)对源极化矢量在场点的投影进行分解，计算水平极化系数和垂直极化系数；
27、对于线极化天线单元，由于假设电场极化矢量沿x轴，则水平极化分量对应矢量uf的y分量，垂直极化分量对应矢量uf的z分量；
28、7)根据投影分解结果，计算场点处的水平极化场、垂直极化场、总场；过程如下：
29、7.1)计算场点在单元天线n处局部坐标系的投影为
30、
31、其中，为场点在单元天线n处局部坐标系的投影的笛卡尔坐标；
32、将笛卡尔坐标转换为球坐标其中，
33、
34、7.2)根据单元方向图数据，确定对应的功率方向图增益值g，根据功率方向图增益值计算场点处单元n的方向图加权因子，表示为：
35、eleamp＝10^(g/20)
36、eleamp即为单元n的方向图加权因子；
37、7.3)天线单元n在场点产生的垂直、水平极化场分别为
38、
39、其中，evpn和ehpn为垂直极化场和水平极化场；amp为单元的激励幅度，eleamp为方向图加权因子；|vp|和|hp|分别为垂直、水平极化系数的绝对值；phavpt和phahpt为垂直场、水平场的相位，如下式表示：
40、
41、其中，k是波数，k*rloc是空间路径传播带来的相位，pha为单元激励相位；phavp和phahp为表征垂直极化、水平极化正负方向的修正相位；表示如下：
42、
43、上述为单元n产生的场；
44、7.4)对于一个k个阵元的阵列天线，极化场为
45、
46、总场为：
47、其中，evp为阵列天线的垂直极化场，ehp为阵列天线的水平极化场。
48、按上述方案，elt方向图类型为孤立方向图。
49、按上述方案，所述步骤4)中，对于线极化天线，单元n在口径面上电极化矢量为e，将其设为沿x轴的单位矢量，则其在单元局部坐标系下坐标为ue＝(1,0,0)，局部坐标系原点为uo＝(0；0；0)；
50、则单元n源极化矢量从单元局部坐标系投影到阵列全局坐标系
51、
52、uog为局部坐标系原点经投影变换后在全局坐标系下的坐标，ueg为源单位矢量经投影变换后在全局坐标下的坐标；
53、按上述方案，所述步骤5)中，具体如下：
54、5.1)构建极化旋转矩阵；
55、设全局坐标系下，场观察点的球坐标位置为则极化旋转矩阵为：
56、
57、其中，prot为极化旋转矩阵，ptra为平移矩阵，zr表示绕z轴旋转，yr表示绕y轴旋转；
58、
59、
60、5.2)根据场观察点位置，利用极化旋转矩阵获得源极化矢量在场点投影；
61、
62、其中，inv为矩阵求逆运算，uf为投影后的矢量，uof为投影后的源点坐标，uef为投影后的端点坐标。
63、按上述方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，所述步骤4)中，
3.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，所述步骤5)中，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，Elt方向图类型为孤立方向图。
5.根据权利要求4所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，所述步骤7.3)中，对于天线单元n按下式进行互耦效应补偿修正；
6.一种电子设备，其特征在于，
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，所述步骤4)中，
3.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方法，其特征在于，所述步骤5)中，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于极化矢量合成的阵列天线辐射近场预测方...
【专利技术属性】
技术研发人员：左宇，李勇志，任平，倪超，吴雨，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：
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