[发明专利]基于锥面投影的FSS天线罩建模方法

说明书

本发明公开了一种基于锥面投影的频率选择表面FSS天线罩建模方法，主要解决现有技术在大曲率表面上FSS结构存在的巨大变形和模型网格量大的问题。其方案是：提取天线罩外表面坐标点，生成FSS单元；建立扇形区域内的FSS阵列，通过坐标变换得到锥面FSS阵列；将锥面FSS阵列投影至初始天线罩曲面；通过投影后的FSS阵列与天线罩外表面构建天线罩曲面边界处的四边形网格；对初始天线罩内表面进行四边形网格剖分，并将剖分后的频选天线罩外表面与剖分后的初始天线罩内表面连接，得到FSS天线罩模型。本发明有效减少了频选天线罩的网格量，减小了平面投影时产生的巨大变形，提高了求解资源的利用率和曲面FSS天线罩建模的精确性。

技术领域

本发明属于电磁仿真技术领域，具体涉及一种频率选择表面FSS天线罩的建模方法，可用于对一些复杂且难以解析表达的罩体曲面进行FSS天线罩建模。

背景技术

频率选择表面FSS，对入射电磁波有频率选择的功能，是一种空间滤波器。随着FSS技术的发展，将其与雷达天线罩设计结合，既能保护罩内的精确制导设备不受损坏，又能通过FSS的选择透过性大幅降低雷达散射截面RCS，以达到隐身的目的。对于FSS天线罩内的天线，电磁波传输不受影响，带外信号反射使得RCS大幅降低，以达到带内通过、带外抑制的目的。FSS天线罩与飞行器的外形结构基本共形，在满足飞行器动力学要求的情况下，同时也实现了隐身。

高阶矩量法是一种精确的电磁数值分析方法，采用高阶基函数可大幅降低未知量，从而减少计算时间和所需计算资源，适合对电大尺寸FSS天线罩进行电磁特性分析。高阶基函数要求网格拓扑应为双线性曲面，在求解电尺寸较小的模型时，通常可采用自适应的四边形网格剖分。对于锥形FSS天线罩，目前高阶矩量法是可以对其进行全波精确仿真分析。但由于气动外形的影响，类似飞行器之类的罩体曲面，可能会复杂且难以表达，这类的FSS天线罩建模问题少有研究，分析起来更是愈加困难。

上海无线电设备研究所在其申请的专利文献“一种曲面频率选择表面天线罩的自适应快速设计方法”(申请号201911142192.9，申请日2019.11.20，申请公开号CN110889216A)中公开了一种频选天线罩建模方法。该方法通过对目标天线罩外形进行扫描、罩体表面来波入射角分布曲线建立，确定罩体和曲面频率选择单元的表面组合，从而实现频选天线罩的建模。该方法由于在建模时只是考虑到频选天线罩的建模，未考虑到模型网格剖分的影响，因而导致网格量较多，进而导致未知量过大而无法进行仿真计算的问题。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种适用于高阶矩量法的FSS天线罩建模方法”(申请号202010748526.3，申请日2020.07.30，申请公开号CN108268696A)中公开了一种频选天线罩建模方法。该方法需要首先通过获取天线罩罩体和FSS结构无源谐振单元的参数，再构建平面FSS阵列模型，通过平面后，最终建立频选天线罩。该方法由于采用平面投影的方式，在曲面曲率变化较大时，FSS天线罩上的频选结构会发生巨大变形，对仿真结果造成较大影响。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于锥面投影的FSS天线罩建模方法，以减小大曲率表面上频选结构的巨大变形，减低FSS天线罩模型剖分的网格量，提高FSS天线罩建模的精确。

本发明的技术思路是，通过模拟与天线罩曲面类似的圆锥台结构，将锥形FSS阵列投影至天线罩曲面上，进而建立FSS天线罩，再通过合并剖分，得到曲面FSS天线罩的完整模型，其实现方案包括如下：

(1)将初始天线罩外表面沿曲面交界处的分割线分为两个曲面，将每个曲面等分为三部分，再将该等分后的每个曲面都剖分成均匀的三角形网格，并提取第一部分和第三部分曲面底部的坐标点；

(2)用正方形谐振单元生成面片结构的频率选择表面FSS单元，再将该FSS单元的面片剖分为四边形网格；