專利名稱：基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是平板裂縫陣天線的機(jī)電綜合分析方法，用于提 高平板裂縫陣天線計(jì)算機(jī)輔助分析的精度與效率。
背景技術(shù)：
平板裂縫陣天線是波導(dǎo)裂縫天線的主要形式，其具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、饋電方便和 口徑利用率高等特點(diǎn)，在微波波段和毫米波的低端具有廣泛應(yīng)用。由于平板裂縫陣天線是 一種機(jī)電綜合的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)特性直接影響電磁特性，尤其是大口徑高頻段的平板裂縫陣 天線，電磁性能對(duì)結(jié)構(gòu)更為敏感。在平板裂縫陣天線傳統(tǒng)的分析中，由于其輻射波導(dǎo)、耦合 波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)的物理尺寸差異較大，結(jié)構(gòu)分析的網(wǎng)格往往不統(tǒng)一，而電磁分析又需要統(tǒng)一 的網(wǎng)格尺寸和形式。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和電磁網(wǎng)格的均勻性，網(wǎng)格密度均存在不匹配的問題，這給平 板裂縫天線分析的精度與效率帶來了嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)有的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法中結(jié)構(gòu)分析采用的有限元方法是對(duì)整 個(gè)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到的是結(jié)構(gòu)體內(nèi)部和外部邊界上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)信息，而電磁場(chǎng) 分析采用的矩量法是對(duì)結(jié)構(gòu)體的外部邊界即電磁場(chǎng)邊界進(jìn)行網(wǎng)格劃分。因此，結(jié)構(gòu)分析和 電磁分析之間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)信息的傳遞準(zhǔn)確與否關(guān)系著機(jī)電綜合分析的準(zhǔn)確性，即從結(jié)構(gòu)分析 中提取出網(wǎng)格信息要能夠反映出電磁場(chǎng)的邊界信息。而且針對(duì)不同的天線結(jié)構(gòu)有限元模型 也有所不同，不可能給出通用的結(jié)構(gòu)邊界網(wǎng)格信息提取方法，需針對(duì)具體結(jié)構(gòu)有限元給出 其網(wǎng)格提取方法。結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)的存在，變形前后的網(wǎng)格信息也將改變，同時(shí)電磁分析的準(zhǔn)確 度還受到網(wǎng)格信息的控制。因此，結(jié)構(gòu)分析與電磁分析地單獨(dú)進(jìn)行也必然會(huì)嚴(yán)重影響平板 裂縫天線分析的精度與效率。對(duì)于平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析中所存在的上述問題，目前學(xué)術(shù)論文和專利中 主要采用的處理方法是從結(jié)構(gòu)網(wǎng)格擬合出新的曲面方程，然后將曲面方程引入到電磁場(chǎng)分 析中，重新生成網(wǎng)格進(jìn)行分析計(jì)算。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以忽略實(shí)際的平板裂縫天線結(jié)構(gòu) 形式和具體的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，生成有利于電磁分析計(jì)算的新的電磁網(wǎng)格；其缺點(diǎn)是擬合過程中 忽略了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型中因制造誤差、裝配誤差、環(huán)境影響所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形細(xì)節(jié)，使得計(jì)算 結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果有較大的偏差。對(duì)于輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)的網(wǎng)格形式不統(tǒng) 一的問題，目前的主要處理辦法是針對(duì)不同的物理尺寸，采用不同的電磁分析方法，對(duì)于尺 寸較小的耦合波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)，采用矩量法等較精確的分析方法，而對(duì)于尺寸較大的輻射波 導(dǎo)，采用高頻近似方法。這種方法雖然平衡了計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間的矛盾，但是仍然存在結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格與電磁網(wǎng)格不匹配，結(jié)構(gòu)分析與電磁分析脫節(jié)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種平板裂縫天線的機(jī)電 綜合分析方法，將天線的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格直接轉(zhuǎn)換為電磁分析網(wǎng)格，使結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與電磁網(wǎng)格相匹 配，同時(shí)考慮天線的結(jié)構(gòu)變形細(xì)節(jié)，將天線結(jié)構(gòu)分析和電磁分析形成一個(gè)有機(jī)整體，提高了
4平板裂縫陣天線分析的精度與效率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，根據(jù)平板裂縫陣天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立天線的有限 元模型；根據(jù)天線的工作頻率確定天線結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格的劃分密度，對(duì)天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì) 化；對(duì)細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提取出變形后天線的結(jié)構(gòu)模型；將天線結(jié)構(gòu) 模型的四面體體單元向三角形面單元轉(zhuǎn)換，構(gòu)建天線的表面模型；根據(jù)天線的表面模型提 取和合成變形后天線結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔模型；將天線的內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)換為天線的電磁分析模型，從 而最終實(shí)現(xiàn)平板裂縫陣天線的機(jī)電綜合分析。具體步驟如下(1)根據(jù)平板裂縫陣天線的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)分析軟件建立平板裂縫天線 的有限元三維模型；(2)從平板裂縫陣天線有限元三維模型中分別提取出天線輻射面、耦合面、激勵(lì)面 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建輻射面、耦合面和激勵(lì)面的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；(3)根據(jù)天線的工作頻率對(duì)輻射面、耦合面和激勵(lì)面的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化(3a)根據(jù)平板裂縫天線的工作頻率，確定網(wǎng)格劃分大小；(3b)將輻射波導(dǎo)的原始網(wǎng)格中的每一個(gè)三角形一分為四，即把每一個(gè)三角形三條 邊的中心線連接在一起，將每一個(gè)三角形劃分成四個(gè)小三角形；(3c)判斷細(xì)化后的網(wǎng)格是否滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求，如果滿足，則細(xì) 化結(jié)束，反之，重復(fù)步驟(3b)，進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格，直到滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求為 止；(3d)針對(duì)天線耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，重復(fù)上述步驟(3b)至步驟 (3c)，得到各自細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。(4)根據(jù)有限元分析軟件對(duì)細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到天線變形 之后的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；(5)將天線變形之后的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的四面體體單元轉(zhuǎn)換為三角形面單元；(6)根據(jù)天線的三角形面單元建立天線表面模型，由天線表面模型中提取并合成 天線變形后結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔模型；(7)將天線的內(nèi)腔模型按如下步驟轉(zhuǎn)換為電磁分析模型(7a)將天線的內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)化成wrl格式文件；(7b)從wrl格式的文件中將各個(gè)天線子陣取出，并將其轉(zhuǎn)換成geo文件；(7c)對(duì)子陣的geo文件進(jìn)行盒內(nèi)刪除，得到新的開縫geo文件；(7d)將步驟(7c)得到的新的開縫隙geo文件轉(zhuǎn)化成dat文件；(7e)將生成的dat文件導(dǎo)入專業(yè)電磁分析軟件FEKO中，合成天線電磁分析模型。(8)根據(jù)步驟(7)得到的天線電磁分析模型，導(dǎo)入到電磁分析軟件中，設(shè)置輻射邊 界，激勵(lì)，計(jì)算天線的電性能參數(shù)，如果滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求則完成計(jì)算，反之， 重復(fù)步驟(1)至步驟(7)，直到滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求為止。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明由于根據(jù)平板裂縫天線的工作頻率來控制結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格的劃分密度，不 但提高了計(jì)算速度，而且使得本發(fā)明的分析方法適合于不同工作頻段的平板裂縫天線模型 的分析，擴(kuò)大了分析范圍。2)本發(fā)明在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成過程中加入外載荷引起的細(xì)節(jié)變形信息，提高了對(duì)天
3)本發(fā)明由于將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格直接轉(zhuǎn)換為電磁分析網(wǎng)格，有效解決了平板裂縫天線結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格與電磁網(wǎng)格不匹配問題，顯著提高天線的分析精度。4)本發(fā)明由于將結(jié)構(gòu)分析和電磁分析通過確定的步驟組合成有機(jī)的整體，有效解 決平板裂縫天線結(jié)構(gòu)分析與電磁分析脫節(jié)的問題，顯著提高天線分析的精度與效率。仿真結(jié)果表明本發(fā)明不僅可以有效解決平板裂縫天線分析過程中不能引入天線 結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)變形信息，天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與電磁分析網(wǎng)格不匹配，結(jié)構(gòu)分析與電磁分析脫節(jié)的問 題，而且能夠顯著提高平板裂縫天線電磁分析計(jì)算的精度與效率。


圖1是本發(fā)明的總流程圖；圖2是本發(fā)明根據(jù)天線工作頻率確定天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分大小的子流程圖；圖3是本發(fā)明對(duì)天線的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化的子流程圖；圖4是本發(fā)明中平板裂縫陣天線的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖；圖5是本發(fā)明中平板裂縫陣天線的細(xì)化后的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖；圖6是本發(fā)明提取天線結(jié)構(gòu)模型的子流程圖；圖7是本發(fā)明采用的平板裂縫陣天線的實(shí)物圖；圖8是本發(fā)明構(gòu)建的平板裂縫陣天線的有限元三維模型圖；圖9是本發(fā)明構(gòu)建的平板裂縫陣天線的結(jié)構(gòu)模型圖；圖10是本發(fā)明構(gòu)建的平板裂縫陣天線的電磁分析模型圖；圖11是本發(fā)明仿真采用的口徑1米，工作于X頻段的平板裂縫天線的結(jié)構(gòu)簡化模 型圖；圖12是本發(fā)明采用的天線模型在75°C溫度載荷作用下的變形云圖；圖13是本發(fā)明采用的天線模型在_55°C溫度載荷作用下的變形云圖；圖14是對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在75°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的E面遠(yuǎn) 場(chǎng)方向圖；圖15是對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在75°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的H面遠(yuǎn) 場(chǎng)方向圖；圖16是對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在_55°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的E面遠(yuǎn) 場(chǎng)方向圖；圖17是對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在_55°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的H面遠(yuǎn) 場(chǎng)方向具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下步驟一，根據(jù)平板裂縫陣天線的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)分析軟件建立平板裂縫 天線的有限元三維模型。針對(duì)如圖7所示的平板裂縫陣天線實(shí)物圖，其實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)包括天線的輻射縫、 耦合縫和激勵(lì)縫的位置、縫長、縫寬和偏置量以及輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的長、寬、
6高，根據(jù)這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS11.0建立如圖8所示的平板裂縫陣列天線 結(jié)構(gòu)的有限元三維模型。步驟二，從平板裂縫陣天線的有限元三維模型中分別提取出天線輻射波導(dǎo)、耦合 波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。(2a)將天線的有限元三維模型中的輻射波導(dǎo)網(wǎng)格直接投影到天線輻射面所在的 平面上，得到其平面網(wǎng)格；(2b)根據(jù)天線的工作頻率，確定其電磁分析的要求，進(jìn)而確定網(wǎng)格細(xì)化的密度，即 平面網(wǎng)格中差值和掃描點(diǎn)的密度；(2c)采用插值與掃描線填充相結(jié)合的方法，計(jì)算天線輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)及激勵(lì) 波導(dǎo)的平面網(wǎng)格中的位置點(diǎn)及其在相對(duì)應(yīng)的有限元三維模型中的三維坐標(biāo)點(diǎn)；(2d)依次將各三維坐標(biāo)點(diǎn)用數(shù)據(jù)形式存貯，即將三維坐標(biāo)點(diǎn)(X、Y、Z)的(Χ、Υ)坐 標(biāo)值利用圖像矩陣的位置存儲(chǔ)，得到輻射波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；(2e)對(duì)天線耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)，重復(fù)上述步驟(2a)至步驟(2d)，得到如圖4所 示的包含輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的天線原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。步驟三，根據(jù)天線的工作頻率對(duì)輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 進(jìn)行細(xì)化。參照?qǐng)D3，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(3a)參照?qǐng)D2，根據(jù)平板裂縫天線的工作頻率，得到天線的工作波長；再使用七分 之一工作波長作為天線網(wǎng)格劃分的三角形網(wǎng)格的邊長；(3b)將輻射波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的每一個(gè)三角形一分為四，即把每一個(gè)三角形 三條邊的中心線連接在一起，將每一個(gè)三角形劃分成四個(gè)小三角形；(3c)判斷細(xì)化后的網(wǎng)格是否滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求，如果滿足，則細(xì) 化結(jié)束，反之，重復(fù)步驟(3b)，進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格，直到滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求為 止；(3d)針對(duì)天線耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，重復(fù)上述步驟(3b)至步驟 (3c)，得到如圖5所示的細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。步驟四，根據(jù)有限元分析軟件對(duì)細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到如圖9 所示的天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型。參照?qǐng)D6，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下(4a)根據(jù)步驟三得到的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，判斷網(wǎng)格信息是否滿足電磁分析要求；(4b)對(duì)于滿足電磁分析要求的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，施加載荷和控制的位置 與量值，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；(4c)對(duì)于不滿足電磁分析要求的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，加密結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并進(jìn)行重復(fù)上述的步 驟(4a)到(4c)，直到滿足預(yù)設(shè)的電磁分析要求為止，設(shè)置邊界條件，施加載荷和控制的位 置與量值，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；(4d)提取天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型。步驟五，將天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型中的四面體體單元轉(zhuǎn)換為三角形面單元。(5a)根據(jù)變形之后的天線結(jié)構(gòu)模型，得到天線的所有體單元；(5b)針對(duì)每一個(gè)天線的體單元，提取出其四個(gè)面單元；出位于天線表面的面單元；(5d)將提取出的面單元?jiǎng)澐殖扇切蔚男问?。步驟六，根據(jù)天線的三角形面單元建立天線表面模型，由天線表面模型中提取并 合成天線變形后結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔模型。(6a)將步驟五生成的三角形面單元進(jìn)行合成，構(gòu)建天線的表面模型；(6b)提取表面模型中處于天線內(nèi)腔的所有面單元；(6c)判斷提取出的每兩個(gè)面單元是否重合，如果重合則取其中一個(gè)，反之，全部保 留；(6d)將保留的全部面單元合成，構(gòu)建天線的內(nèi)腔模型。步驟七，將天線的內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)換為電磁分析模型。(7a)將天線的內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)換成wrl格式文件；(7b)從wrl格式的文件中將各個(gè)天線子陣取出，并將其轉(zhuǎn)換成geo文件；(7c)對(duì)子陣的geo文件進(jìn)行盒內(nèi)刪除，得到新的開縫geo文件；(7d)將步驟(7c)得到的新的開縫隙geo文件轉(zhuǎn)化成dat文件；(7e)將生成的dat文件導(dǎo)入專業(yè)電磁分析軟件FEK05. 4中，合成如圖10所示的天 線電磁分析模型。步驟八、根據(jù)步驟七得到的天線電磁分析模型，應(yīng)用電磁分析軟件HFSSl 1. 0，設(shè) 置輻射邊界，激勵(lì)，計(jì)算天線的電性能參數(shù)，如果滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求則完成計(jì) 算，反之，重復(fù)步驟一至步驟七，直到滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求為止。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過以下仿真實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的網(wǎng)格信息提取方法、網(wǎng)格處理方法、模型轉(zhuǎn)換方法可根據(jù)平板裂縫天線 具體結(jié)構(gòu)和工作頻段要求確定。以下給出一種天線實(shí)例，但不限于這種實(shí)例。仿真實(shí)例1 一個(gè)口徑1米，工作于X頻段的平板裂縫陣天線，采用波導(dǎo)寬邊開縫的結(jié)構(gòu)形式， 由輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、激勵(lì)波導(dǎo)三層構(gòu)成，有32個(gè)子陣，總共1172個(gè)輻射縫，根據(jù)這些結(jié) 構(gòu)參數(shù)構(gòu)建其結(jié)構(gòu)模型如圖11所示。對(duì)其進(jìn)行高低溫載荷作用下的變形模型仿真分析。應(yīng) 用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS11. 0進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，電磁分析軟件HFSS11. 0進(jìn)行電性能計(jì)算。使用本發(fā)明的方法對(duì)該天線結(jié)構(gòu)模型施加溫度為75°C的載荷，得到的天線變形云 圖如圖12所示，其最大變形SMX = 2. 623mm。對(duì)該天線結(jié)構(gòu)簡化模型施加溫度為_55°C的 載荷，得到的天線變形云圖如圖13所示，其最大變形SMX = 0. 954mm。再對(duì)該平板裂縫陣天 線模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模型轉(zhuǎn)換并計(jì)算其天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，其中對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在75°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的E面遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖如圖14所示；對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在75°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖如圖15所示；對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在_55°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的E面遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖如圖16所示；對(duì)本發(fā)明采用的天線模型在_55°C溫度載荷作用下進(jìn)行仿真得到的H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向 圖如圖17所示；
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從圖14和圖16的比較中可以看出，溫度載荷的變化對(duì)天線E面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的副 瓣影響較大，對(duì)天線方向圖進(jìn)行歸一化之后，左第一副瓣從_33dB升高到-29dB，右第一副 瓣-40dB升高到-31dB。從圖15和圖17的比較中可以看到，溫度載荷的變化對(duì)天線H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的副 瓣影響較大，對(duì)天線方向圖進(jìn)行歸一化之后，左第一副瓣從_29dB升高到-26dB，右第一副 瓣_28dB降低到-32dB。由此可見，溫度載荷越大，天線電性能對(duì)于結(jié)構(gòu)變形信息的變化越 敏感，天線的機(jī)電綜合分析方法也更為必要。以上實(shí)例和仿真結(jié)果表明，本發(fā)明方法在天線分析方面不僅有效地綜合集成了結(jié) 構(gòu)分析與電磁分析，而且在計(jì)算精度與速度方面有著顯著改善。本發(fā)明不僅能用于平板裂縫陣天線的分析工作，也能用于微波頻段的反射面天線 和濾波器的分析工作。
權(quán)利要求
一種基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，包括如下步驟(1)根據(jù)平板裂縫陣天線的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)分析軟件建立平板裂縫天線的有限元三維模型；(2)從平板裂縫天線有限元三維模型中分別提取出天線輻射面、耦合面、激勵(lì)面的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建輻射面、耦合面和激勵(lì)面的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；(3)根據(jù)天線的工作頻率對(duì)輻射面、耦合面和激勵(lì)面的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化(3a)根據(jù)平板裂縫天線的工作頻率，確定網(wǎng)格劃分大??；(3b)將輻射波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的每一個(gè)三角形一分為四，即把每一個(gè)三角形三條邊的中心線連接在一起，將每一個(gè)三角形劃分成四個(gè)小三角形；(3c)判斷細(xì)化后的網(wǎng)格是否滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求，如果滿足，則細(xì)化結(jié)束，反之，重復(fù)步驟(3b)，進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格，直到滿足步驟(3a)確定的網(wǎng)格大小要求為止；(3d)針對(duì)天線耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，重復(fù)上述步驟(3b)至步驟(3c)，得到各自細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。(4)根據(jù)有限元分析軟件對(duì)細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型；(5)將天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型中的四面體體單元轉(zhuǎn)換為三角形面單元；(6)根據(jù)天線的三角形面單元建立天線表面模型，由天線表面模型中提取并合成天線變形后結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔模型；(7)將天線的內(nèi)腔模型按如下步驟轉(zhuǎn)換為電磁分析模型(7a)將天線的內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)換成wrl格式文件；(7b)從wrl格式的文件中將各個(gè)天線子陣取出，并將其轉(zhuǎn)換成geo文件；(7c)對(duì)子陣的geo文件進(jìn)行盒內(nèi)刪除，得到新的開縫geo文件；(7d)將步驟(7c)得到的新的開縫隙geo文件轉(zhuǎn)化成dat文件；(7e)將生成的dat文件導(dǎo)入專業(yè)電磁分析軟件FEKO中，合成天線電磁分析模型。(8)根據(jù)步驟(7)得到的天線電磁分析模型，導(dǎo)入到電磁分析軟件中，設(shè)置輻射邊界，激勵(lì)，計(jì)算天線的電性能參數(shù)，如果滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求則完成計(jì)算，反之，重復(fù)步驟(1)至步驟(7)，直到滿足預(yù)設(shè)的電性能計(jì)算精度要求為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中步 驟(1)所述的平板裂縫天線的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)包括天線的輻射縫、耦合縫和激勵(lì)縫的位置、 縫長、縫寬和偏置量以及輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)的長、寬、高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中步 驟(2)所述的從平板裂縫天線有限元三維模型中分別提取出天線輻射面、耦合面和激勵(lì)面 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建輻射面、耦合面和激勵(lì)面的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，按如下步驟進(jìn)行(3a)將所述的天線的有限元三維模型中輻射波導(dǎo)的網(wǎng)格直接投影到天線輻射面所在 的平面上，得到其各自的平面網(wǎng)格；(3b)根據(jù)天線的工作頻率，確定其電磁分析的要求，進(jìn)而確定網(wǎng)格細(xì)化的密度，即平面 網(wǎng)格中差值和掃描點(diǎn)的密度；(3c)采用插值與掃描線填充相結(jié)合的方法，計(jì)算天線輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)及激勵(lì)波導(dǎo) 的平面網(wǎng)格中的位置點(diǎn)及其在相對(duì)應(yīng)的有限元三維模型中的三維坐標(biāo)點(diǎn)；(3d)依次將各三維坐標(biāo)點(diǎn)用數(shù)據(jù)形式存貯，即將三維坐標(biāo)點(diǎn)(X、Y、Z)的(Χ、Υ)坐標(biāo)值 利用圖像矩陣的位置存儲(chǔ)，得到輻射波導(dǎo)的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；(3e)對(duì)天線耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)各自的網(wǎng)格，重復(fù)上述步驟(3a)至步驟(3d)，得到天 線輻射波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)和激勵(lì)波導(dǎo)各自的原始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中步 驟(4)所述的根據(jù)有限元分析軟件對(duì)細(xì)化后的天線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到天線變形 之后的結(jié)構(gòu)模型，按如下步驟進(jìn)行(4a)根據(jù)步驟(3)得到的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，判斷網(wǎng)格信息是否滿足電磁分析要求； (4b)對(duì)于滿足電磁分析要求的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，施加載荷和控制的位置與量 值，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；(4c)對(duì)于不滿足電磁分析要求的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，加密結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并進(jìn)行重復(fù)上述的步驟 (4a)到(4c)，直到滿足預(yù)設(shè)的電磁分析要求為止，設(shè)置邊界條件，施加載荷和控制的位置 與量值，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；(4d)提取天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中步 驟(5)所述的將天線變形之后的結(jié)構(gòu)模型中的四面體體單元轉(zhuǎn)換為三角形面單元，按如下 步驟進(jìn)行(5a)根據(jù)變形之后的天線結(jié)構(gòu)模型，得到天線的所有體單元； (5b)針對(duì)每一個(gè)天線的體單元，提取出其四個(gè)面單元； (5c)從四個(gè)面單元中提取出位于天線表面的面單元； (5d)將提取出的面單元?jiǎng)澐殖扇切蔚男问健?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中步 驟(6)所述的根據(jù)天線的三角形面單元建立天線表面模型，由天線表面模型中提取并合成 天線變形后結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔模型，按如下步驟進(jìn)行(6a)將步驟5生成的三角形面單元進(jìn)行合成，構(gòu)建天線的表面模型； (6b)提取表面模型中處于天線內(nèi)腔的所有面單元；(6c)判斷提取出的每兩個(gè)面單元是否重合，如果重合則取其中一個(gè)，反之，全部保留； (6d)將保留的全部面單元合成，構(gòu)建天線的內(nèi)腔模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，其中 步驟(3a)所述的根據(jù)平板裂縫天線的工作頻率，確定網(wǎng)格劃分大小，是先由天線的工作頻 率，得到天線的工作波長；再使用七分之一工作波長作為天線網(wǎng)格劃分的三角形網(wǎng)格邊長。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于網(wǎng)格轉(zhuǎn)換的平板裂縫陣天線機(jī)電綜合分析方法，用于解決現(xiàn)有分析方法不能施加天線細(xì)節(jié)變形信息，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與電磁網(wǎng)格不匹配，結(jié)構(gòu)分析與電磁分析脫節(jié)的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立其有限元模型；對(duì)有限元模型的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化；進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提取變形后結(jié)構(gòu)模型；將結(jié)構(gòu)模型的四面體體單元向三角形面單元轉(zhuǎn)換；提取和合成天線的內(nèi)腔模型；將內(nèi)腔模型轉(zhuǎn)化為電磁分析模型；進(jìn)行電磁分析，得到天線的電性能。本發(fā)明將平板裂縫陣天線的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為電磁網(wǎng)格，集成了結(jié)構(gòu)分析與電磁分析，顯著提高天線的分析精度和效率，可用于微波頻段平板裂縫陣天線、反射面天線和濾波器的分析與設(shè)計(jì)工作。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101930495SQ20101028992
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者宋立偉, 李娜, 李鵬, 段寶巖, 鄭飛, 陳梅 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)