基于发射天线和接收天线线端口的天线隔离度全波计算方法与流程

1.本发明涉及天线隔离度计算，特别是涉及一种基于发射天线和接收天线线端口的天线隔离度全波计算方法。


背景技术：

2.随着电子技术、通信技术的快速发展，几十上百个电子系统被集成在同一个平台之上，同时，一个电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，例如一架飞机或一艘军舰上会集成各种各样用于完成不同功能的电子设备及其天线。同一系统中不同天线的近远场耦合很强，甚至会严重干扰各收发电台的正常工作，造成电子系统的性能降级，因此怎样预估及避免这种干扰，对于通信设备的正常工作至关重要。另外，当天线发射功率很大时，其周围的电子设备也会受到很强的干扰，而无法正常工作，因此天线隔离度分析是电磁兼容的一个重要问题。天线隔离度为系统电磁兼容(emc)提供了重要指标，是收发设备在空间辐射耦合的描述，是总体电磁兼容设计中首要考虑的因素，对天线而已提出了重要的依据。
3.因此，在电磁快速计算场景下，能够采用数值方法对天线的隔离度进行准确计算具有着重大意义，但是，在电大尺寸电磁快速计算领域中的分析线端口时，传统mom无法直接分析天线隔离度，以线结构端口激励的天线间的隔离度计算问题很难得到有效的解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于发射天线和接收天线线端口的天线隔离度全波计算方法，收、发天线的馈源只需要得到天线端口上的点坐标，从馈源的起到到终点的一条中间某个位置设置剖分点用于能量馈入的线段就可以完成线馈端口的建立，模型构建非常方便快捷，隔离度计算非常方便。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于发射天线和接收天线线端口的天线隔离度全波计算方法，包括以下步骤：
6.s1.加载初始化的cad网格模型：
7.从nastran格式网格模型文件中提取cad网格模型的线馈发射天线模型和线馈接收天线模型，并指定收/发天线的馈源；从nastran格式网格模型文件中导入电大尺寸目标网格模型；
8.s2.在目标网格模型上进行收发天线的安装：
9.根据收/发天线在目标上的天线安装位置和方向分别设置收/发天线工作平面，并将收/发天线及相应的馈源对齐到各自的工作平面，完成收/发天线在目标上的安装；
10.s3.提取基函数列表坐标，并根据基函数中心点坐标与接收天线馈电坐标、发射天线馈电坐标之间的关系，进行基函数序号提取；
11.s4.计算发射天线、接收天线的线端口激励和端口电流；
12.s5.计算发射天线到接收天线间的天线隔离度。
13.进一步地，所述步骤s3包括：
14.所述步骤s3包括：
15.s301.从发射天线、接收天线、馈源网格、目标的网格模型中将所有网格的点坐标和点连接读取进内存，并按照rwg基函数形式从网格点坐标列表[pt]
nnode
和点连接列表[elem]
nelem
中提取基函数列表fm,m＝1,2,
…
,nbase,其中nbase为基函数总数；nnode网格点数，nelem为点连接列表总数，即单元数；
[0016]
s302.读取发射天线的线馈起点和终点在网格点坐标列表末尾加入发射天线的馈点坐标p
t
＝(x
t
,y
t
,z
t
)，其中)，其中此时网格点坐标列表pt的节点总数变成了nnode 1，且最后一个节点为p
t
；
[0017]
s303.查询[pt]
nnode
列表中和的序号分别是和已知p
t
的序号ip
t
为nnode 1，在点连接列表elem末尾加入两条线段单元：分别为第nelem 1号单元的到nnode 1号的线段和第nelem 2号单元的nnode 1号到的线段；此时点连接列表elem的总数变为了nelem 2，最后两个单元为新添加的两条线段；
[0018]
s304.在rwg基函数列表末尾加入新的基函数，该基函数为nelem 1单元和nelem 2单元构成，此时基函数列表fm的总数变为nbase 1，完成了发射天线线端口基函数的构造；
[0019]
s305.读取接收天线的线馈起点和终点在网格点坐标列表末尾加入发射天线的馈点坐标pr＝(xr,yr,zr)，其中)，其中此时网格点坐标列表pt的节点总数变成了nnode 2，且最后一个节点为pr；
[0020]
s306.查询[pt]
nnode
列表中和的序号分别是和已知pr的序号ipr为nnode 2，在点连接列表elem末尾加入两条线段单元：分别为第nelem 3号单元的到nnode 2号的线段和第nelem 4号单元的nnode 2号到的线段；此时点连接列表elem的总数变为了nelem 4，最后两个单元为新添加的两条线段；
[0021]
s307.在rwg基函数列表末尾加入新的基函数，该基函数为nelem 3单元和nelem 4单元构成，此时基函数列表fm的总数变为nbase 2，完成了接收天线线端口基函数的构造；
[0022]
s308.读取发射天线的馈点坐标p
t
＝(x
t
,y
t
,z
t
)和接收天线的馈点坐标pr＝(xr,yr,zr)；
[0023]
s309.遍历基函数列表，从中找出基函数fm中心点坐标(xm,ym,zm)与发射天线线馈点坐标重合的基函数序号，记为m0,以及找出基函数fm中心点坐标(xm,ym,zm)与接收天线线馈点坐标重合的基函数序号，记为m1。
[0024]
进一步地，所述步骤s4包括：
[0025]
s401.对矩阵[a]
nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵a，a
mn
为a的第m行第n列元素；填充公式如下：
[0026]
[0027]
其中，fm和fn为第m个和第n个基函数，g为三维格林函数；
[0028]
s402.对激励项[rhs]
nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；
[0029][0030]
s403.计算求解ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标；得到发射天线线端口激励，发射天线线端口电流为：接收天线端口电流为：其中的下标t表示发射天线激励，上标的t或r表示发射天线或接收天线端口位置，i表示端口电流；
[0031]
s404.重新对矩阵[a
′
]
nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵a
′
，a
′
mn
为a
′
的第m行第n列元素；填充公式如下：
[0032][0033]
其中，fm和fn为第m个和第n个基函数，g为三维格林函数；
[0034]
s405.重新对激励项[rhs
′
]
nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；
[0035][0036]
s406.计算求解a’x＝rhs
′
得到x
′
，为每个基函数ibase未知量上的电流量x
′
[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标；得到接收天线线端口激励，发射天线线端口电流为：接收天线端口电流为：其中的下标r表示接收天线激励，上标的t或r表示发射天线或接收天线端口位置，i表示端口电流。
[0037]
进一步地，所述步骤s5中计算发射天线到接收天线间的天线隔离度c(db)的方式如下：
[0038][0039]
其中，z0为天线系统的特性阻抗。
[0040]
本发明的有益效果是：本发明中收、发天线的馈源只需要得到天线端口上的点坐标，从馈源的起到终点的一条中间某个位置设置剖分点用于能量馈入的线段就可以完成线馈端口的建立，模型构建非常方便快捷；而且这种方式得到的天线隔离度c(db)在线段长度满足电小尺寸要求时精度很高，满足大多数工程计算需要；右侧向量的填充只需要将馈电点处的基函数对应的右侧量配置为1，其它的基函数对应的右侧量配置为0，右侧向量的填充计算效率很高。
附图说明
[0041]
图1为本发明的方法流程图；
[0042]
图2为线馈发射天线模型的示意图；
[0043]
图3为线馈接收天线模型的示意图；
[0044]
图4为收/发天线在目标上的安装示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0046]
如图1所示，基于发射天线和接收天线线端口的天线隔离度全波计算方法，包括以下步骤：
[0047]
s1.加载初始化的cad网格模型：
[0048]
从nastran格式网格模型文件中提取cad网格模型的线馈发射天线模型(如图2所示的超短波振子天线)和线馈接收天线模型(如图3所示的超短波马刀天线)，并指定收/发天线的馈源；从nastran格式网格模型文件中导入电大尺寸目标网格模型；
[0049]
s2.在目标网格模型上进行收发天线的安装：
[0050]
根据收/发天线在目标上的天线安装位置和方向分别设置收/发天线工作平面，并将收/发天线及相应的馈源对齐到各自的工作平面，完成收/发天线在目标上的安装，如图4所示；
[0051]
s3.提取基函数列表坐标，并根据基函数中心点坐标与接收天线馈电坐标、发射天线馈电坐标之间的关系，进行基函数序号提取；
[0052]
s4.计算发射天线、接收天线的线端口激励和端口电流；
[0053]
s5.计算发射天线到接收天线间的天线隔离度。
[0054]
进一步地，所述步骤s3包括：
[0055]
s301.从发射天线、接收天线、馈源网格、目标的网格模型中将所有网格的点坐标和点连接读取进内存，并按照rwg基函数形式从网格点坐标列表[pt]
nnode
和点连接列表[elem]
nelem
中提取基函数列表fm,m＝1,2,
…
,nbase,其中nbase为基函数总数；nnode网格点数，nelem为点连接列表总数，即单元数；
[0056]
s302.读取发射天线的线馈起点和终点在网格点坐标列表末尾加入发射天线的馈点坐标p
t
＝(x
t
,y
t
,z
t
)，其中)，其中此时网格点坐标列表pt的节点总数变成了nnode 1，且最后一个节点为p
t
；
[0057]
s303.查询[pt]
nnode
列表中和的序号分别是和已知p
t
的序号ip
t
为nnode 1，在点连接列表elem末尾加入两条线段单元：分别为第nelem 1号单元的到nnode 1号的线段和第nelem 2号单元的nnode 1号到的线段；此时点连接列表elem的总数变为了nelem 2，最后两个单元为新添加的两条线段；
[0058]
s304.在rwg基函数列表末尾加入新的基函数，该基函数为nelem 1单元和nelem 2单元构成，此时基函数列表fm的总数变为nbase 1，完成了发射天线线端口基函数的构造；
[0059]
s305.读取接收天线的线馈起点和终点在网格点坐标列表末尾加入发射天线的馈点坐标pr＝(xr,yr,zr)，其中)，其中此时网格点坐标列表pt的节点总数变成了nnode 2，且最后一个节点为pr；
[0060]
s306.查询[pt]
nnode
列表中和的序号分别是和已知pr的序号ipr为
nnode 2，在点连接列表elem末尾加入两条线段单元：分别为第nelem 3号单元的到nnode 2号的线段和第nelem 4号单元的nnode 2号到的线段；此时点连接列表elem的总数变为了nelem 4，最后两个单元为新添加的两条线段；
[0061]
s307.在rwg基函数列表末尾加入新的基函数，该基函数为nelem 3单元和nelem 4单元构成，此时基函数列表fm的总数变为nbase 2，完成了接收天线线端口基函数的构造；
[0062]
s308.读取发射天线的馈点坐标p
t
＝(x
t
,y
t
,z
t
)和接收天线的馈点坐标pr＝(xr,yr,zr)；
[0063]
s309.遍历基函数列表，从中找出基函数fm中心点坐标(xm,ym,zm)与发射天线线馈点坐标重合的基函数序号，记为m0,以及找出基函数fm中心点坐标(xm,ym,zm)与接收天线线馈点坐标重合的基函数序号，记为m1。
[0064]
进一步地，所述步骤s4包括：
[0065]
s401.对矩阵[a]
nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵a，a
mn
为a的第m行第n列元素；填充公式如下：
[0066][0067]
其中，fm和fn为第m个和第n个基函数，g为三维格林函数；
[0068]
s402.对激励项[rhs]
nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；
[0069][0070]
s403.计算求解ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标；得到发射天线线端口激励，发射天线线端口电流为：接收天线端口电流为：其中的下标t表示发射天线激励，上标的t或r表示发射天线或接收天线端口位置，i表示端口电流；
[0071]
s404.重新对矩阵[a
′
]
nbase
×
nbase
填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵a
′
，a
′
mn
为a
′
的第m行第n列元素；填充公式如下：
[0072][0073]
其中，fm和fn为第m个和第n个基函数，g为三维格林函数；
[0074]
s405.重新对激励项[rhs
′
]
nbase
填充得到矩量法计算所需要的右侧向量；
[0075][0076]
s406.计算求解a’x＝rhs
′
得到x
′
，为每个基函数ibase未知量上的电流量x
′
[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标；得到接收天线线端口激励，发射天线线端口电流为：接收天线端口电流为：其中的下标r表示接收天线激励，上标的t或r表示发射天线或接收天线端口位置，i表示端口电流。
[0077]
进一步地，所述步骤s5中计算发射天线到接收天线间的天线隔离度c(db)的方式如下：
[0078]
[0079]
其中，z0为天线系统的特性阻抗，一般取为50欧姆。
[0080]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。