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1、第25卷第6期电波科学学报Vol.25,No.62010年12月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEDecember,2010文章编号10050388(2010)06116306不同环境影响下共形蝶形天线性能的理论分析胡慧琳谭云华朱柏承周乐柱(北京大学信息科学技术学院,北京100871)摘要采用有限元边界积分方程方法(FEBI)系统分析了不同环境情况下的共形天线性能。以典型的平面和圆柱共形蝶形天线为例,分析了共形天线的一般辐射性能及散射特性,针对天线表面涂覆不同吸波涂层的复杂问题进行了讨
2、论;最后,结合实际天线的工作情况,分析了共形天线馈源对其散射特性的影响,以及受到入射场影响时天线方向图的变化。研究表明:不同环境情况下天线的辐射和散射性能均有较大改变,环境因素成为天线设计中不容忽视的问题。关键词有限元边界积分方程法;共形天线;电磁辐射;雷达散射截面;吸波材料中图分类号TN82文献标志码A[56]型算法如边界积分方程法(BI),体积分方程法1引言[78][9](VIE),以及时域积分方程法(TDIE)等。微作为现代天线领域的重要组成部分,共形天线分方程法计算较简便,尤其对复杂结构和电大尺寸已吸引学术界越来越多的关注。尤其是在高速运动空间问题处理较好
3、,但缺点是边界处理起来比较困[10]的载体上,与载体共形的天线不会由于对物体的空难;典型算法如有限元方法(FEM),时域有限差气动力外形造成破坏而产生额外的气动阻力,却又分法(FDTD)等。经过综合比较,文中采用基于有能实现天线的固有特性,因而在导弹、卫星、舰船和限元法和边界积分方程法的混合算法(FEBI),该[1]个人通信等领域的应用将日益普遍。方法结合了二者的各自优点,不仅可以对边界准确在不同应用背景下,环境因素对共形天线性能建模,还可以解决具有复杂几何结构和介质分布的造成的影响不容忽视。一方面,现代战争对载体的问题,因此非常适用于共形天线分析。隐身性能要求越来越高。当天线共形在载
4、体表面尽管FEBI是较为成熟的算法,也有不少文献[1112]时,不可避免地面临被探测到的威胁,因此,对天线应用于电磁辐射和散射问题,但是应用该方法的雷达散射截面(RCS)研究也非常必要。除了改善对共形天线的辐射和散射特性进行系统分析的文献载体的物理结构以外,一个非常有效的方法就是在则很少见。论文在详细介绍FEBI算法用于辐射载体表面涂覆吸波材料以降低RCS。在天线表面和散射问题的原理及公式的基础上,以典型的平面涂覆不同吸波材料将对共形天线的RCS性能产生和圆柱共形蝶形天线为例,系统分析了不同环境下重要影响。而在雷达探测时,共形天线往往都是处共形蝶形天线的性能:首先详细分析了共形天线
5、的于工作状态,故其馈源必定会对RCS造成相应影一般辐射性能以及散射特性;然后讨论了表面涂敷响。另一方面,实际工作中的天线也常常会受到外不同介质涂层对天线性能的影响;最后结合天线的界入射场的影响。因此,入射场对其辐射方向图的实际工作情况,分析了在工作状态下考虑馈源影响改变也将严重影响共形天线的性能。的共形天线的散射特性,以及有入射场影响时的天常见的共形天线分析算法主要有:积分方程线方向图的变化。结果表明:不同环境情况下天线[2][34]法和微分方程法。积分方程法计算精确,但缺的辐射和散射性能均有较大改变,环境因素成为天点是计算过程中形成的矩阵为满秩,计算量较大;典线设计中不容忽视的问题。
6、收稿日期:20100115联系人:谭云华Email:tanggeric@pku.edu.cn1164电波科学学报第25卷I2FEBI方法原理eIKIIKIS0CSe=(6)KSIKSSB0如图1所示,用有限元边界积分方程法分析bS处于复杂环境中的天线问题的方法如下:首先,用式中:eI为有限元区域内部的未知电场系数;一个真实的封闭结构包围整个天线体(内部可以填eS和bS为有限元区域外表面的未知电场系数和充各向同性介质或者各向异性复杂介质);然后以表面电流系数;[KII],[KIS],[KSI],[KSS]和[B]为有封闭体表面为界,对边界内和边界上的场分别用有限元产生
7、的稀疏矩阵;[CI]代表天线的馈源项。限元法和边界积分方程法进行建模和计算;最后应再考虑外部区域场的情况。根据场等效原理,用场的连续性原理把二者结合起来,求解联合方程可以用表面电流JS=nHS和表面磁流MS=ES获得辐射问题或散射问题的场。n的形式来表示区域外部的场,从中可以得到电场积分方程(EFIE)、磁场积分方程(MFIE)以及混合场积分方程(CFIE)EFIE:1inc-MS+nLJS-nKMS=nE2(7)MF
