基于FDTD方法分析地面对短波天线的影响

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本文工作的重点是采用FDTD方法分析地面对近地面短波超短波天线的影响。分析和计算了几种典型天线,并与软件仿真做了比较。   地面对短波天线有着深刻的影响。在工程上分析这类问题往往采用镜像法并将地表看做理想导体平面,实际上的地面情况比较复杂,它本身的电特性和它的粗糙程度都对天线特性有着或多或少的影响。   本文从麦克斯韦方程出发,推导了从FDTD结果计算封闭面电流的精确公式,线天线上电流的计算方法,以及线天线输入阻抗的计算方法。   由于FDTD计算只能得出一定区域内的电磁场值,要获得远场就必须根据等效原理在计算区域内做一个封闭面,然后对面上的等效电磁流积分得到。由于磁场与电场不在同一个平面内,所以给计算带来了困难,本文将介绍时谐场和瞬态场的外推方法,并用插值的方法解决电场与磁场不同面的问题。   介绍了对地面建模的SIBC方法。在不关心地下波传播情况下,SIBC技术有着广泛的应用,是目前分析地面反射问题的有效手段。SIBC技术有很大的计算优势:省略了地下网格的划分,节约了大量的计算时间和CPU资源。   几种依据不同算法建立的计算软件,在分析天线问题尤其是短波超短波天线问题时会有些差别,本文会将FDTD计算得出的结果与软件计算结果加以比较。   本文还简单的回顾了时域有限差分的基本原理,介绍了表征天线的主要参数,并以近地面的单极子和偶极子天线为例,计算了天线的输入阻抗,线上电流,远场方向图。
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