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矩量法中的等效源及其应用研究

矩量法中的等效源及其应用研究

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作者：王英英西安电子科技大学

学位级别：硕士

求解电大尺寸载体平台上天线的辐射问题向来是计算电磁学领域的关键主题之一。然而,天线的复杂性和载体平台较多的未知量使得对该问题的求解十分具有挑战性,针对上述问题求解所面临的困难,本文引入等效源方法将其近似为一个等效型问题,... 详细信息

求解电大尺寸载体平台上天线的辐射问题向来是计算电磁学领域的关键主题之一。然而,天线的复杂性和载体平台较多的未知量使得对该问题的求解十分具有挑战性,针对上述问题求解所面临的困难,本文引入等效源方法将其近似为一个等效型问题,即先对天线部分进行求解,得到单独天线的近场或远场,再根据已知近场或远场来计算待求解区域的场值。本文基于矩量法获得的等效源利用近远场变换技术研究了以下三种类型的等效源:研究了平面波谱展开理论,基于该理论实现了近区矢量场激励源,包括基函数的选取、网格剖分。并针对不同天线的辐射机理不同,研究了三种曲面(平面、柱面、球面)作为激励场源数据的采样面。通过天线罩系统算例对不同采样面的精度进行分析,通过反射面天线来验证该方法的工程应用价值。研究了球面模式展开理论,基于该理论实现了球面模式激励源,包含模式的辐射场值、天线的模式展开、模式系数的计算等,并对该激励源实现过程中所使用到的傅里叶变换、连带勒让德函数、汉克尔函数的计算公式进行了推导。最后以舰船平台上偶极子天线的辐射问题为例,验证了球面模式激励源的精确仿真计算。研究了线性插值算法,依据该算法实现了远区矢量场激励源,并以偶极子天线加金属板模型为例,先对比验证了偶极子天线和金属板不同距离下远区矢量场激励源与整体解的误差分析;又验证了远区矢量场激励源的采样间隔不同对该激励源计算精度的影响。最后通过机载天线算例验证其正确性以及工程应用场景。总结来看,利用等效源方法通过近远场变换技术来计算辐射源待求解区域的场,不需要知道辐射源的分布,而且对采样点的位置无特殊要求,在任意位置上的采样点的场值均可用来推导空间中其他位置的场值分布,这样就大大方便了它的应用。经过与实际辐射源的计算对比,利用这种方法得到的近场和远场方向图均较准确,误差也在允许范围内。将本文方法应用于“载体+天线”系统的研究中,利用它来分析在载体平台影响作用下的天线的辐射场,取得了比较好的结果。

关键词：等效源辐射源球面模式模式系数载体平台

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