近场效应误差分析方法

摘要

本发明涉及近场效应误差分析方法，属于射频仿真领域。国内现有的三元阵天线近场效应误差分析等工作均是基于解析方法，尽管简单，但计算结果不精确、所适用的频段范围有限等，因此为了满足射频仿真中的高频率、高精度要求。本发明从三阵元的三个阵元出发，针对实际应用，发展计算电磁学数值方法同时结合电磁仿真软件模拟三元阵天线的近场效应，生成方位角和俯仰角的近场效应误差修正表格，通过近场效应误差修正得到正确的目标复现位置。本发明方法简单易行，满足了射频仿真的高频率、高精度要求。

主权项

近场效应误差分析方法，其包括以下步骤：步骤一：(1)、建立坐标系：三个辐射阵元呈等边三角形分布在二维直角坐标系x0y平面内，上述三个辐射阵元的中心位于坐标原点O；三个辐射阵元在直角坐标系x0y中的坐标为(x_i,y_i)，i＝1、2、3；固定观测点P在以O为坐标原点的三维坐标系中的位置为(0,0,R)；任意观测点P′在以O点为球心的球坐标系2中的位置为(α,β)；任意观测点P′在以O为坐标原点的三维坐标系中的位置为：$\left\{\begin{array}{c}x=R\cos \beta \sin \alpha \\ y=R\sin \beta \\ z=R\cos \beta \cos \alpha \end{array}\right.;$(2)、将观测点从固定观测点P运动到任意观测点P′，得到观测点到三个辐射阵元的距离变化量r_i为：$r_i=\sqrt{{(R\cos \beta \sin \alpha -x_i)}^2+{(R\sin \beta -y_i)}^2+{\left(R\cos \beta \cos \alpha \right)}^2}-\sqrt{{x_i}^2+{y_i}^2+R^2};$(3)、定义三个阵元辐射的电磁波角频率为ω，初始相位为φ_i，在任意观测点P′处接收到三个辐射阵元的辐射信号为：E_i＝A_iexp[j(ωt‑kR‑kr_i+φ_i)]，其中，A_i(i＝1,2,3)为三个辐射阵元的馈电幅度；j为虚数单位，j的平方后的值为‑1；t是时间变量；k为相位常数，且k＝2π/λ，λ表示三阵元辐射电磁波的波长；φ_i(i＝1,2,3)为三个辐射阵元馈电的初始相位；(4)、将三个阵元等效为阵面上的一个辐射源，任意观测点P′处接收的辐射信号E为：E＝Aexp[j(ωt‑kR+δ)]，其中，A为三阵元等效辐射源的馈电幅度；k为相位常数，且k＝2π/λ；R为三阵元中心O点到固定观测点P的距离；δ为在任意观测点P′处三阵元辐射信号合成后的等相位面相对于在三阵元中心O处的参考源辐射的等相位面的倾斜；(5)、改变三阵元的馈电幅度和相位中的一种或者两种，从而控制在任意观察点P′处测得的等相位面的位置，所述的等相位面的位置与馈电幅度和相位的关系如下式：$\tan \delta =\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\sin (-{\mathrm{kr}}_i+{\phi }_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\cos (-{\mathrm{kr}}_i+{\phi }_i)},$其中，n＝3；(6)、改变三阵元的馈电幅度和相位中的一种或者两种，从而控制目标的位置，所述的目标的位置与馈电幅度和相位的关系如下式：$\theta =\frac{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\cos {\phi }_i\right)\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i{\theta }_i\cos {\phi }_i\right)+\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\sin {\phi }_i\right)\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i{\theta }_i\sin {\phi }_i\right)}{{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\sin {\phi }_i\right)}^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_i\cos {\phi }_i\right)}^2},$其中，(i＝1,2,3)是三个辐射阵元在以P点为球心的球坐标系1中的坐标，是三个辐射阵元的等效辐射源在以P点为球心的球坐标系1中的坐标，n＝3；当φ_i＝0(i＝1,2,3)时，上式可简化为：$\theta =\frac{E_1{\theta }_1+E_2{\theta }_2+E_3{\theta }_3}{E_1+E_2+E_3},$步骤二：三阵元辐射阵元i的馈电幅度A_i(i＝1,2,3)和相位φ_i(i＝1,2,3)，得到辐射阵元i在接收天线上接收到的平均电场其中E_i,k(ρ,ζ)是天线阵元i在接收天线口径面上产生的场强，E_s(ρ,ζ)是接收天线的口径面场分布，S_口径表示天线口径面的面积，表示对口径面上的积分计算；步骤三：令k＝k+1,导引头的口径面场分布为：