一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雷達天線領(lǐng)域中的一種網(wǎng)狀反射面天線金屬 絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 網(wǎng)狀反射面天線廣泛應(yīng)用在通信、雷達、射電天文學(xué)、微波通信、衛(wèi)星通信和跟蹤 以及遙感等各個領(lǐng)域。金屬絲網(wǎng)作為網(wǎng)狀反射面天線的反射面以完成電波發(fā)射與接收任 務(wù)。天線電性能是評價網(wǎng)狀反射面天線性能好壞的重要標準，而金屬絲網(wǎng)作為反射材料對 天線電性能的影響至關(guān)重要。金屬絲網(wǎng)在進行電性能分析過程中，需要建立導(dǎo)線或條帶單 元；而導(dǎo)線或條帶單元龐大的數(shù)目限制了電性能計算的高效進行。通過將金屬絲網(wǎng)等效成 某實體介質(zhì)，在獲得該實體介質(zhì)等效電磁參數(shù)的情況下分析實體介質(zhì)的電性能，將有助于 天線電性能的高效計算。因此有必要對金屬絲網(wǎng)進行等效電磁參數(shù)的研宄。
[0003] A. Miura 等人在文獻 "Spaceborne mesh ref lector antennas with complex weaves: extended PO/periodic-MoM analysis"（IEEETransactions on Antennas and Propagation，Vol. 55, No. 4, pp. 1022-1029, 2007 年）中，公開了一種采用擴展的物理光學(xué) 法結(jié)合周期矩量法分析網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)電性能的分析方法。采用A. Miura提出的 方法在分析金屬絲網(wǎng)電性能時需要建立金屬絲網(wǎng)的條帶模型，條帶模型的增加限制了天線 電性能的高效計算。將金屬絲網(wǎng)等效為某一實體介質(zhì)，通過實體介質(zhì)等效電磁參數(shù)分析電 性能將在保證計算精度的前提下，有效減小計算時間。因此有必要開展針對網(wǎng)狀反射面天 線的金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等 效電磁參數(shù)推演方法。該方法通過求解非線性方程組獲得網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電 磁參數(shù)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法，包 括如下步驟：
[0006] (1)輸入金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)
[0007] 輸入用戶提供的網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)信息，其中結(jié)構(gòu)參數(shù) 包括絲網(wǎng)直徑、絲網(wǎng)橫向尺寸、絲網(wǎng)縱向尺寸，電參數(shù)包括工作波長、電磁波入射角、迭代收 斂精度；
[0008] (2)計算金屬絲網(wǎng)電磁透射系數(shù)
[0009] 根據(jù)用戶提供的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用周期矩量法計算處于用戶提供的電參數(shù)下的金屬 絲網(wǎng)電磁透射系數(shù)，獲得金屬絲網(wǎng)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)Γ' ±與水平極化 電磁波入射時的反射系數(shù)//;
[0010] (3)計算實體介質(zhì)的電磁透射系數(shù)
[0011] 假設(shè)存在某一實體介質(zhì)，其復(fù)相對介電常數(shù)毛可表示為元其中ε ' ^ 表示實數(shù)項，ε " ^表示復(fù)數(shù)項；復(fù)相對磁導(dǎo)率兵可表示為眾=A-J//,"，其中μ'表示實 數(shù)項，μ" ^表示復(fù)數(shù)項。通過下式計算實體介質(zhì)的反射系數(shù)：
【主權(quán)項】
1. 一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 輸入金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù) 輸入用戶提供的網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)信息，其中結(jié)構(gòu)參數(shù)包括 絲網(wǎng)直徑、絲網(wǎng)橫向尺寸、絲網(wǎng)縱向尺寸，電參數(shù)包括工作波長、電磁波入射角、迭代收斂精 度； (2) 計算金屬絲網(wǎng)電磁透射系數(shù) 根據(jù)用戶提供的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用周期矩量法計算處于用戶提供的電參數(shù)下的金屬絲網(wǎng) 電磁透射系數(shù)，獲得金屬絲網(wǎng)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)Γ' ±與水平極化電磁 波入射時的反射系數(shù)Γ ' //; (3) 計算實體介質(zhì)的電磁透射系數(shù) 假設(shè)存在某一實體介質(zhì)，其復(fù)相對介電常數(shù)元可表示為毛，其中ε' ^表示 實數(shù)項，ε "彥示復(fù)數(shù)項；復(fù)相對磁導(dǎo)率總可表示為其中μ'表示實數(shù)項， μ" t表示復(fù)數(shù)項。通過下式計算實體介質(zhì)的反射系數(shù)：
其中，?！辣硎緦嶓w介質(zhì)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ#表示實體介質(zhì)在水 平極化電磁波入射時的反射系數(shù)，化表示電磁波入射角，足表示垂直極化入射時的該介質(zhì) 的波阻抗，之,表示水平極化入射時的該介質(zhì)的波阻抗，由下式獲得tA :
其中，1^=2 31/^為自由空間波數(shù)，π為圓周率，λ為工作波長，γ'為相位常數(shù)， γ "為衰減常數(shù)，兩者可由下式得到：
(4) 遵循金屬絲網(wǎng)與實體介質(zhì)的電磁透射系數(shù)相等的原則，建立關(guān)于電磁參數(shù)的非線 性方程組： 遵循金屬絲網(wǎng)與實體介質(zhì)分別在垂直極化電磁波入射與水平極化電磁波入射下的反 射系數(shù)對應(yīng)項相等的原則，建立關(guān)于電磁參數(shù)的非線性方程組，得到下式 r 丄=r ,丄(7) r "= r ' " (8) 其中，?！辣硎緦嶓w介質(zhì)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ' ±為金屬絲網(wǎng)在垂 直極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ //表示實體介質(zhì)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)， Γ ' //為金屬絲網(wǎng)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)； (5) 采用模函數(shù)極小法構(gòu)造非線性方程組的模函數(shù) 采用模函數(shù)最小法構(gòu)造非線性方程組的模函數(shù)，可以得到如下表達式： Φ = 0- 丄-Γ，丄）2+0-"-Γ， "）2 (9) 其中，Φ為模函數(shù)的函數(shù)值，用以評價非線性方程組的解的逼近程度，?！辣硎緦嶓w介 質(zhì)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ ' ±為金屬絲網(wǎng)在垂直極化電磁波入射時的反 射系數(shù)，Γ#表示實體介質(zhì)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ 為金屬絲網(wǎng)在水平 極化電磁波入射時的反射系數(shù)。 (6) 采用模函數(shù)極小法求解實體介質(zhì)的等效電磁參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法，其特 征在于，步驟（2)所述的周期矩量法是一種求解金屬絲網(wǎng)在垂直極化與水平極化電磁波入 射時的反射系數(shù)的一種計算方法，該方法的計算公式如下：
其中，€(/)表示反射電場矢量，ρ表示場點位置矢量，π表示圓周率，j表示虛數(shù)單位， ω表示圓頻率，Utl表示真空磁導(dǎo)率，ε ^表示真空介電常數(shù)，RF'):表示處于源點p處的面 電流密度矢量，P表示源點位置矢量，表示源點與場點之間的周期格林函數(shù)，▽表 示微分算子，s表示積分面積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法，其特 征在于，步驟（5)和（6)中所述的模函數(shù)極小法是一種求解非線性方程組的迭代算法，計算 步驟如下： 1) 設(shè)迭代收斂精度為ε，迭代次數(shù)為k = 1 ; 2) 采用下式計算模函數(shù)的梯度列向量
其中，gk表示模函數(shù)相對于電磁參數(shù)的梯度列向量，/&表示實體介質(zhì)的電磁透 射系數(shù)對電磁參數(shù)X的導(dǎo)數(shù)，5表示求偏導(dǎo)數(shù)運算，X表示電磁參數(shù)^ ^ ε " ^ ^ μ" y ?！辣硎緦嶓w介質(zhì)在垂直極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ' ±為金屬絲網(wǎng)在垂直 極化電磁波入射時的反射系數(shù)，Γ#表示實體介質(zhì)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)， Γ' #為金屬絲網(wǎng)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)； 3) 采用下式計算Jacobi矩陣
其中，Jk表示模函數(shù)對電磁參數(shù)的Jacobi矩陣，δ:表示求偏導(dǎo)數(shù)運算，Xp x2、x3、乂4分 別表示電磁參數(shù)ε ' p ε " p μ ' p μ " μ ?！辣硎緦嶓w介質(zhì)在垂直極化電磁波入射時 的反射系數(shù)，Γ#表示實體介質(zhì)在水平極化電磁波入射時的反射系數(shù)； 4) 采用下式計算最優(yōu)步長因子
其中，Xk表示最優(yōu)步長因子，gk表示模函數(shù)相對于電磁參數(shù)的梯度列向量，Jk表示模 函數(shù)對電磁參數(shù)的Jacobi矩陣，上標T表示求轉(zhuǎn)置運算； 5) 采用下式計算下一次迭代的電磁參數(shù) V= xk-Akgk (14) 其中，Xk表示本次迭代的電磁參數(shù)，Xk+1表示下一次迭代的電磁參數(shù)，λk表示最優(yōu)步長 因子，gk表示模函數(shù)相對于電磁參數(shù)的梯度列向量； 6) 判斷非線性方程組迭代過程是否收斂，收斂準則通過下式計算得到 Iv-XkI I 彡 ε (15) 其中，Xk表示本次迭代的電磁參數(shù)，X !^表示下一次迭代的電磁參數(shù)，ε為迭代收斂精 度； 7) 如果不收斂，轉(zhuǎn)至步驟2);否則，輸出結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)推演方法，其步驟包括：(1)輸入金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)；(2)計算金屬絲網(wǎng)電磁透射系數(shù)；(3)計算實體介質(zhì)的電磁透射系數(shù)；(4)遵循金屬絲網(wǎng)與實體介質(zhì)的電磁透射系數(shù)相等的原則，建立關(guān)于電磁參數(shù)的非線性方程組；(5)采用模函數(shù)極小法構(gòu)造非線性方程組的模函數(shù)；(6)采用模函數(shù)極小法求解實體介質(zhì)的等效電磁參數(shù)。本發(fā)明通過求解非線性方程組獲得網(wǎng)狀反射面天線金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)，彌補了現(xiàn)有方法無法計算金屬絲網(wǎng)等效電磁參數(shù)的空白。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104636551
【申請?zhí)枴緾N201510061879
【發(fā)明人】楊東武, 段寶巖, 張樹新, 張逸群, 李申, 杜敬利
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月5日