利用积分方程法精确模拟载体上天线的辐射问题

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载体平台上天线的辐射特性分析,尤其是载体平台与天线一体化几何建模与电磁数值仿真,一直是备受关注的难点课题之一。针对上述问题,本文利用矩量法精确模拟了载体上单极天线的辐射问题及矩形波导馈电的问题,并对金属—介质混合结构类型如微带天线的辐射问题进行了电磁建模与数值仿真。本文采用表面积分方程和面面结合积分方程,分别用于分析金属目标和金属—介质混合目标的天线辐射问题。首先,本文介绍了矩量法的基本原理和相关关键步骤。基于积分方程的矩量法描述了对于理想导体目标表面散射问题的求解过程,采用平面三角形RWG基函数拟合目标的几何形状以及面上的电流分布,利用伽略金法将积分方程化为矩阵方程求解未知电流系数,并运用奇异值提取的方法处理积分方程的近奇异性问题,最后以相关数值算例验证了代码的可靠性及精确性。其次,用传统的Delta-gap源和Finite-width Fed两种方法分析了偶极天线的辐射问题,接着用修正的Delta-gap源即Advanced-Delta-gap源详细分析了简单载体上单极天线辐射问题时激励源的建模。首先利用所得到的Advanced-Delta-gap源激励模型计算简单载体上的天线辐射问题,计算结果和HFSS及FEKO等仿真软件进行比较,吻合良好,验证了此方法的精确性,由于该方法将载体上的天线等效为面结构模型,未知量更少,能够统一用RWG基函数模拟目标表面,在后续工作中方便与快速多极子等快速方法相结合计算电大尺寸目标的辐射问题。另外,基于理想导体的表面积分方程矩量法,分析了矩形波导形式馈电建模的方法,并计算了其相关的辐射特性。最后,推导了介质目标的表面积分方程(PMCHW),并与EFIE方程相结合得到了分析金属—介质体组合体目标电磁散射问题的EFIE-PMCHW面面积分方程。将EEIF-PMCHW方程方法进一步推广到微带天线介质基片及其与金属贴片组合目标的电磁辐射问题分析求解当中,基于此方法,具体分析了微带天线辐射问题的激励源建模,实现了微带天线的电磁辐射问题的精确计算。
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