本發(fā)明屬于陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)領(lǐng)域。具體為一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法。該方法適用于各種陣列天線的降耦表面研發(fā)。
背景技術(shù)：
1、天線陣列具有電子掃描、方向圖重構(gòu)等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。然而，單元間的耦合會嚴(yán)重影響天線陣列的性能。隨后，人們對天線陣列的去耦技術(shù)進(jìn)行了大量研究。常見的降耦技術(shù)有缺陷地結(jié)構(gòu)、電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)等。然而，這些方法均存在局限性：缺陷地結(jié)構(gòu)會增加背向輻射，在單元之間增加電磁帶隙去耦結(jié)構(gòu)不適用于緊湊型天線陣列。為了尋找更加有效的天線陣列降耦方法，2017年，吳克麗教授提出了一種新型降耦結(jié)構(gòu)：陣列天線降耦表面。該結(jié)構(gòu)會反射天線的輻射場得到一個(gè)反射場，該反射場抵消天線單元間的耦合場，從而實(shí)現(xiàn)耦合降低。隨后，這種降耦結(jié)構(gòu)被成功地應(yīng)用于各種類型的天線陣列。然而，目前的降耦表面均是基于s參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，（1）導(dǎo)致對經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化的依賴較高，限制了降耦表面設(shè)計(jì)的效率；（2）它們是在宏觀層面上進(jìn)行分析的，并沒有對耦合場和對消場的模式進(jìn)行具體分析，因此并不知道是哪個(gè)對消模式在起主要的對消作用。這一特點(diǎn)導(dǎo)致這種設(shè)計(jì)方法的精確度不夠高，限制了設(shè)計(jì)的降耦表面的降耦效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于改進(jìn)目前降耦表面設(shè)計(jì)方法的不足，提出了一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法。該方法基于特征模分析進(jìn)行陣列天線降耦表面的設(shè)計(jì)：首先，通過特征模分析找到主要的對消模式；然后，結(jié)合特征模理論，改變降耦表面的位置和貼片對主要對消模式的幅度、相位進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)降耦要求，得到符合降耦要求的降耦表面。
2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，具體包括以下步驟：
4、步驟1，初步設(shè)計(jì)陣列天線降耦表面；陣列天線降耦表面的貼片采用多個(gè)矩形貼片組合的形式，矩形貼片的排布方向和天線的極化方向一致；
5、步驟2，用電磁仿真軟件feko對陣列單元間的耦合場進(jìn)行特征模分析，得到耦合場各個(gè)模式的幅度、相位；對對消場進(jìn)行特征模分析，得到對消場各個(gè)模式的幅度、相位；
6、耦合場模式的分量設(shè)為，對消場模式的分量設(shè)為；通過；
7、計(jì)算各個(gè)模式的對消程度，找到主要的對消模式；其中，、，表示特征模式，表示場的、、分量，和分別表示耦合場模式的分量的幅度和相位，和分別表示對消場模式的分量的幅度和相位，表示對消場模式的分量對耦合場模式的分量造成的對消程度；
8、步驟3，改變陣列天線降耦表面位置，分析改變位置后對消程度的變化；若對消程度增大，繼續(xù)進(jìn)行相同方向的位置調(diào)整，反之進(jìn)行相反方向的位置調(diào)整，直至得到滿足降耦要求的天線降耦表面位置；
9、步驟4，電磁仿真軟件feko仿真得到主要對消模式的特征值，并根據(jù)特征值判斷主要對消模式存儲的是凈電能還是凈磁能；然后，通過對陣列天線降耦表面的貼片進(jìn)行修型，改變主要對消模式存儲凈電能/凈磁能的能力，進(jìn)而改變其特征值，降低主要對消模式的；
10、步驟5，重復(fù)步驟2到步驟4直至符合降耦要求。
11、進(jìn)一步的，所述步驟2中，耦合場和對消場兩者的各個(gè)模式的幅度、相位，通過如下過程得出：
12、步驟201，用電磁仿真軟件feko對陣列單元間的耦合場進(jìn)行仿真，得到耦合場各個(gè)模式的模式權(quán)重系數(shù)的幅度和相位、特征場的幅度和相位；
13、步驟202，將模式權(quán)重系數(shù)和特征場的幅度相乘、相位相加，得到耦合場各個(gè)模式的幅度、相位；
14、步驟203，用電磁仿真軟件feko對對消場進(jìn)行仿真，得到對消場各個(gè)模式的模式權(quán)重系數(shù)的幅度和相位、特征場的幅度和相位；
15、步驟204，將模式權(quán)重系數(shù)的和特征場的幅度相乘、相位相加，得到對消場的各個(gè)模式的幅度、相位。
16、進(jìn)一步的，所述步驟2中，仿真時(shí)，耦合場為一個(gè)單元在另一個(gè)單元處的輻射場；對消場為天線單元的輻射場經(jīng)過ads單元反射后在被耦合單元處的反射場。
17、進(jìn)一步的，所述步驟2中，對消場的模式的分量對耦合場的模式的分量造成的對消程度的定義為：
18、；
19、其中，為耦合場模式的分量，為對消場模式的分量。本公式推導(dǎo)過程：復(fù)數(shù)在復(fù)平面上可以表示為矢量的形式，因此耦合場模式的分量、對消場模式的分量均可表示為復(fù)平面上的矢量，對消后耦合場為這兩個(gè)矢量的矢量和；根據(jù)矢量合成，即對消后耦合場的幅度；定義為對消后耦合場合原耦合場的能量比，因此得到。
20、進(jìn)一步的，所述步驟3中，陣列天線降耦表面的位置，通過如下過程得出：
21、步驟301，改變陣列天線降耦表面位置，分析改變位置后主要對消模式的對消程度的變化；
22、步驟302，若對消程度增大，繼續(xù)進(jìn)行相同方向的位置調(diào)整，反之進(jìn)行相反方向的位置調(diào)整。
23、進(jìn)一步的，所述步驟4中，陣列天線降耦表面的貼片，通過如下過程得出：
24、步驟401，用電磁仿真軟件feko仿真得到主要對消模式的特征值，并根據(jù)特征值判斷主要對消模式存儲的是凈電能還是凈磁能；
25、步驟402，通過對陣列天線降耦表面的貼片修型或添加電感/電容元件，改變主要對消模式存儲凈電能/凈磁能的能力，進(jìn)而改變其特征值，使主要對消模式的減小。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
27、本發(fā)明提出了一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法：首先，通過特征模分析找到主要的對消模式；然后，結(jié)合特征模理論，改變降耦表面的位置和貼片對主要對消模式的幅度、相位進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)降耦要求，得到符合降耦要求的降耦表面。相對于傳統(tǒng)的基于s參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，本方法（1）結(jié)合特征模理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方向更加明確，從而降低了優(yōu)化次數(shù)和對經(jīng)驗(yàn)的依賴,提升了設(shè)計(jì)效率；（2）通過分析耦合場和對消場的特征模式，找到了主要的對消模式，從而改進(jìn)了設(shè)計(jì)精確度，提升了設(shè)計(jì)的降耦表面的降耦效果。
1.一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2中，耦合場和對消場兩者的各個(gè)模式的幅度、相位，通過如下過程得出：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2中，仿真時(shí)，耦合場為一個(gè)單元在另一個(gè)單元處的輻射場；對消場為天線單元的輻射場經(jīng)過ads單元反射后在被耦合單元處的反射場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2中，對消場的模式的分量對耦合場的模式的分量造成的對消程度的定義：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3中，陣列天線降耦表面的位置，通過如下過程得出：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征模分析的陣列天線降耦表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟4中，陣列天線降耦表面的貼片，通過如下過程得出：