[发明专利]一种基于曲线拟合的探头天线模型快速计算方法

说明书

本发明公开了一种基于曲线拟合的探头天线模型快速计算方法，该方法首先根据探头口径大小以及探头复反射系数计算出随频率变化的参数C₀，然后根据C₀与频率的分布，利用曲线拟合得到反映参数C₀与频率关系的拟合函数式，将拟合系数作为探头参数存储，在近远场变换过程中，根据测量频率、拟合系数即可利用拟合函数式计算得到C₀，然后根据新的Yaghjian模型计算得到探头H面方向图。本方法在进行近远场变换过程中探头方向图的计算复杂度显著低于求解二次复数方程，而且也避免了存储整个频段内的复反射系数数据。

技术领域

本发明涉及一种基于曲线拟合的探头天线模型快速计算方法。

背景技术

自天线被发明以来，其在雷达、对抗、通信和导航等国防工业及民用领域的应用与日俱增，成为无线设备中不可或缺的部分。天线测量是伴着天线的设计出现的，是指导天线设计和验证检验天线性能的重要手段。对于天线来说，进行信号的辐射和接收是其核心价值所在，因此天线方向图特性也是其核心指标。为满足天线方向图特性测试的需求，天线自动化测试系统也应运而生，并伴随着天线设计制造技术的发展而逐步发展。

随着计算机技术的进步和现代测量手段的发展，天线测量技术也取得了重大进展，已形成多种测量方法，包括远场测量、近场测量和紧缩场测量等。

天线近场测量是用一个特性已知的探头，抽测天线近区某一表面上场的幅度及相位分布，通过严格的数学变换式确定天线的口面场和远场特性的过程。根据选取的测量面的不同，通常分为平面近场扫描、柱面近场扫描以及球面近场扫描。近场天线测试技术已经因其具有获得的信息量大、环境及电气随机干扰小、计算精度高、投资小、可全天候工作等优点得到广泛应用。近场测量作为一种间接测量方法，需要进行近场幅相数据至远场方向图的变换，而近场幅相数据的获取需要利用近场测量探头，探头的修正在近远场变换过程中必不可少。

目前近场测量中大多以标准开口矩形波导作为测量探头，探头补偿过程中需要探头的远场方向图，实际应用中不会对每个探头进行方向图测试然后修正，开口波导的形式简单，可由理论模型直接计算得到其方向图。

近场探头目前较为常用的理论模型是Stratton-Chu模型以及Yaghjian模型，两种模型计算探头的E面方向图相同，如图1所示：探头宽边长度为a，短边长度为b，以探头口面法线方向为Z轴建立坐标系，则其E面方向图可由式(1)计算：

其中，A_E为方向图最大点(即θ＝0点)的幅值，计算归一化方向图时，可设置为1；

对于主模TE₁₀模，归一化传播常数k为波数(与探头工作频率f的关系为k＝2πc/f)；Γ为探头复反射系数，经验证，对于前半空间的E面方向图(近场测试时仅使用探头前半空间)可以取Γ＝0。

Stratton-Chu模型采用式(2)进行H面方向图的计算：

其中，A_H＝-ik²abE₀/8，该模型在|θ|＞30°时精度较差，根据文献“ApproximateFormulas for the Far Field and Gaionf Open-Ended Rectangular Waveguide”，在θ＝30°时，Stratton-Chu探头模型与实测方向图误差就达到了1dB左右。

Yaghjian在该文献中提出了电场积分方程计算H面方向图的方法，如式(3)所示：