[发明专利]基于远区电磁场分布的共形承载天线的罩体缺陷检测方法

权利要求书

1.一种基于远区电磁场分布的共形承载天线的罩体缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立无罩共形承载天线的分析模型；

（2）对天线阵面表面的近场分布进行仿真；

（3）测量带罩共形承载天线的远场；

（4）对带罩共形承载天线的罩体进行网格划分；

（5）根据步骤（2）仿真所得天线阵面表面的近场以及步骤（3）所测带罩天线的远场，反求出天线罩罩体各处的透射系数；

（6）根据步骤（5）罩体各处的透射系数，反求出天线罩罩体各网格处的材料厚度，获取材料缺陷的形状和位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于远区电磁场分布的共形承载天线的罩体缺陷检测方法，其特征在于步骤（5）所述的根据仿真所得天线阵面表面的近场以及所测带罩天线的远场，反求出天线罩罩体各处的透射系数，按如下步骤进行：

（5a）使用表面积分法分析带罩天线系统的电性能，根据该方法中的远场计算公式，建立从天线远场到天线罩透射系数的反演模型：

（5a1）根据天线罩内表面上的电场Eⁱⁿ和磁场Hⁱⁿ，求得电磁波的入射线方向为：

pa=Re(Ein×Hin*)|Re(Ein×Hin*)|]]>

其中H^in*为Hⁱⁿ的共轭；

（5a2）将天线罩内表面上各处的法线方向记为n_r，则天线罩切平面上两个互相垂直的分量为：

n_b＝p_a×n_r＝in_bx+jn_by+kn_bz，t_b＝n_b×n_r＝it_bx+jt_by+kt_bz

其中，n_b和t_b分别为垂直和平行于入射平面的分量，入射平面是由电磁波的入射线和天线罩内表面的法线构成的平面，n_bx、n_by、n_bz分别为n_b在x、_y、z方向的分量，t_bx、t_by、t_bz分别为t_b在x、y、z方向的分量；

（5a3）由上述Eⁱⁿ、n_b和t_b，得到天线罩内表面上电场在天线罩切平面上的分量E_b和E_t：

Eb=Einnb=Exinnbx+Eyinnby+Ezinnbz,]]>

Et=Eintb=Exintbx+Eyintby+Ezintbz,]]>

其中，E_b为天线罩内表面上电场在垂直于入射面方向的分量，E_t为天线罩内表面上电场在平行于入射面方向的分量；

（5a4）由上述Hⁱⁿ、n_b和t_b，得到天线罩内表面上磁场在天线罩切平面上的分量H_b和H_t：

Hb=Hinnb=Hxinnbx+Hyinnby+Hzinnbz,]]>

Ht=Hintb=Hxintbx+Hyintby+Hzintbz,]]>

其中，H_b为天线罩内表面上磁场在垂直于入射面方向的分量，H_t为天线罩内表面上磁场在平行于入射面方向的分量；

（5a5）以极化方向为x方向的天线为例，根据步骤（5a3）、（5a4）中所得天线罩内表面上电场在切平面上的分量E_b、E_t和磁场在切平面上的分量H_b、H_t，得到带罩天线的远场为：

F(θ,φ)=∫∫Sr(Bx′TH+Cx′TV)dSr,]]>

其中，T_H和T_V分别是天线罩上各点处的水平极化分量和垂直极化分量的透射系数，二者统称为天线罩的透射系数，S_r为天线罩积分单元的面积，

Bx′=Bxe-jk0(xsinθcosφ+ysinθsinφ+zcosθ),Cx′=Cxejk0(xsinθcosφ+ysinθsinφ+zcosθ),]]>

Bx=AexxEttbx+AeyxEttby+AezxEttbz+AhxxHbnbx+AhyxHbnby+AhzxHbnbz]]>

Cx=AexxEbtbx+AeyxEbtby+AezxEbtbz+AhxxHtnbx+AhyxHtnby+AhzxHtnbz,]]>

Aexx=-cosθnrz-sinθsinφnry,Aeyx=sinθsinφnrx,Aezx=cosθnrx]]>

Ahxx=μ0/ϵ0(sinθcosθcosφnry-sin2θsinφcosφnrz),]]>

Ahyx=μ0/ϵ0(-sin2θsin2φnrz-cos2θnrz-sinθcosθcosφnrx),]]>

Ahzx=μ0/ϵ0(sin2θsinφcosφnrx+sin2θsin2φnry+cos2θφnry),]]>

以上这些变量均为中间变量；

（5a6）假设天线罩划分的单元数目为n、远场的测量点数为m，则带罩天线的远场计算公式变为：

Σi=1n(Bxij′ΔSriTHi+Cxij′ΔSriTVi)=F(θj,φj),j=1,2,...,m]]>

上式本质上是矩阵与向量相乘的形式，令b_ij＝B′_xijΔS_ri，ci_j＝C′_xijΔS_ri得到从远场到天线罩透射系数的反演模型：

b11b12...b1nc11c12...c1nb21b22...b2nc21c22...c2n....................................bm1bm2...bmmcm1cm2...cmm·TH1TH2...THnTV1TV2...TVn=F(θ1,φ1)F(θ2,φ2)...F(θm,φm);]]>

（5b）使用最小二乘法求解（5a6）中的反演模型，即可得到天线罩上各点处的透射系数。

3.根据权利要求1所述的基于远区电磁场分布的共形承载天线的罩体缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤（6）中根据罩体各处的透射系数，反求出天线罩罩体各网格处的材料厚度，按如下步骤进行：

（6a）多层天线罩的层数计为n，其中第i层存在缺陷需要进行检测；

（6b）根据除第i层以外天线罩其它各层材料的厚度、介电常数和损耗角正切，计算各层罩体的转移矩阵AmBmCmDm,]]>

其中m＝1,...,i-1,i+1,...,n，A_m＝ch(jVd_m)，Dm=ch(jVdm),V=2πλϵrm-sin2θM,Z1V=1ϵrm-sin2θM,]]>ε_r′＝ε_rm(1-jtanδ_m)，这些参数均为中间变量；d_m为第m层材料的厚度，ε_rm为第m层材料的介电常数，tanδ_m为第m层材料的损耗角正切，θ_M为入射角，其大小由天线罩的外形决定，λ是天线的波长，根据天线工作频率f和光速c，通过公式计算得到，

（6c）第1至第i-1层罩体的总的转移矩阵的计算公式为：

Ai-Bi-Ci-Di-=Πm=1i=1AmBmCmDm]]>

（6d）第i+1至第n层罩体的总的转移矩阵的计算公式为：

Ai+Bi+Ci+Di+=Πm=i+1nAmBmCmDm]]>

（6e）计算天线罩各网格在第i层的材料厚度：

di1V[arcsinimag(2/TV)(Afi+Dfi)2+(BfrZV+Cfr/ZV)2+arctanAfi+DfiBfrZV+Cfr/ZV]]]>

其中，

Afi=imag(Ai-Ai++cosθMAi-Bi++cos-1θMCi-Ai++Ci-Bi+),]]>

Bfr=real(Ai-Ci++cosθMAi-Di++cos-1θMCi-Ci++Ci-Di+),]]>

Cfr=real(Bi-Ai++cosθMBi-Bi++cos-1θMDi-Ai++Di-Bi+),]]>

Dfi=imag(Bi-Ci++cosθMBi-Di++cos-1θMBi-Ci++Di-Di+),]]>这些参数均为中间变量；T_V为步骤（5）中求出的天线罩的透射系数。