基于矩量法的天线罩与线天线一体化电磁特性分析

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在实际的天线系统中,天线罩和天线之间相互影响。对天线与天线罩所构成的辐射系统进行一体化电磁性能分析,是电磁工程领域中的前沿性课题,它对于天线罩电性能的精确分析和优化设计,实现天线的优良性能具有重要意义。本文基于矩量法,并结合计算机辅助建模和离散技术,实现了对天线罩一线天线组成的天线系统的一体化电磁特性的分析计算。在前人研究的基础上,从几何建模到核心电磁计算,再到计算结果后期处理,初步形成了一套有效的分析天线罩—线天线系统的仿真软件,可为实际工程中相关天线罩设计提供仿真分析与设计手段。 本文首先研究了 CAD 建模和自动网格剖分软件与自主开发的矩量法计算软件相结合的建模和离散技术。利用该技术能够快速建立多种天线罩适用的曲面FSS结构和较复杂体结构的几何模型,并能实现有效的剖分离散,从而保证了对天线罩—线天线系统性能进行准确分析的可能,并大大地扩展了矩量法计算的工程适用范围。 FSS天线罩的应用与设计日益广泛,本文重点研究了FSS天线罩和线天线所组成的辐射系统的电磁性能。对十字形贴片FSS的锥状天线罩和振子天线、振子天线组阵的阵列天线,以及细栅格FSS的柱状天线罩和宽带螺旋天线组成的系统,实现了基于表面积分方程一矩量法(SIE-MoM)的严格一体化计算。分析了线天线和FSS天线罩相互影响下的系统电流分布、辐射性能、天线输入阻抗等电磁特性。同时,该严格一体化分析方法可以为实际工程中有限尺寸和曲面的FSS结构提供有效的分析设计途径。 本文还应用体积分方程—矩量法(VIE-MoM),研究了介质天线罩和线天线组成的天线系统的电磁特性。选取基于四面体的SWG基函数,并采用 Galerkin 法,建立了相关的理论模型,系统地推导了具体的计算公式,编写了 VIE-MoM 仿真软件中与 CAD软件的接口程序,实现了对未知函数的离散并按 SWG 基函数的要求生成未知元,还完成了计算天线激励部分的程序编写。最终,运用所开发的VIE-MoM软件实现了对介质体散射问题、均匀介质天线罩与偶极子天线组成系统的一体化电磁特性的分析。 文中给出了大量的分析实例,有着较高的计算精度和仿真效率。
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