车载系统角反射天线建模与电磁兼容分析

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1、2车载系统角反射天线建模与电磁兼容分析的可用于电磁兼容仿真的商业软件有HFSS、FEKO、ADS、CST、XFDTD等，其功能很多，如ANSYS公司的FEKO，就包括天线设计、天线布局、介质体模拟、电磁兼容、微带天线、微带结构与电路、电磁隐身特性分析等功斛10J，而单就电磁兼容分析来说，又包含耦合问题，屏蔽问题，电磁场生物效应，汽车电子EMC／EMl分析，引擎区和后背处接收天线间的耦合、线天线锈蚀和结冰性能影响、两绝缘线间的耦合IIoJ；由此可见，分析天线电磁兼容问题的软件还是很多的。但是，通过使用可以发现，对于车载系统的电磁兼容仿真来说，使用商业软件操作复杂，造成其中某些参数无法

2、正确进行设置，使用起来不方便。因此，设计国内自主研发的专用于车载通信系统的电磁兼容仿真分析软件是很有工程意义的。，在国内，目前的车载通信系统电磁兼容仿真软件，可以分析车载线天线以及复杂一些的车载面天线，但在建模方面就比较困难，如弯曲天线则须采用直线段拟合，面天线也只能采用简化的方法，如角反射天线，具有线栅结构，而建模时只能用反射面来代替它，并且建模过程很复杂，不易操作；除此之外，对于具有较高工作频率的天线，由于计算机硬件的限制和电磁算法自身的特点，往往无法进行计算。通常的做法是，只计算车载天线中工作频率低于200MHz的线天线，而其它具有更高工作频率的天线则只能被适当的当作散射体来

3、建模，不进行电磁计算。有了正确的建模方法，电磁计算所采用的算法对结果也有很大影响，最有效的就是矩量法。矩量法【ll】由R．F．Harrington于1968年首先提出，应用于电磁场问题的求解，使得许多难题得到解决。目前，矩量法已经广泛用于各个领域，可以分析导体平板散射近场及表面场【12】、微带结构【13J、各种类型的天线，如线天线【1414131、阵列天线n91、自组构天线[201、抛物柱面天线12l】、阿基米德天线1221、反射面天线【231，等；实现对鱼骨天线【24】、双锥天线鲫的建模；计算天线的增益方向副261、电流分布1271、天线阵的互阻抗矩阵【28】、栅格形阵列天线、弯

4、曲环天线、印制导线[291；还可以用于微带天线【30]1311、射频电路p21的设计、宽带对数周期天线的研究与设计【331，等。此外，还有对矩量法的许多改进措施，产生了一些新的计算方法，如快速多极子方法【341，多层快速多极子方法【35】，在矩量法中引入波形渐近估计技术【12】，旋转体矩量法【23】，用广义前向后向法加速矩量法的计算【36】，时域矩量法【371，矩量法与一致性绕射理论的混合方法【3引，并行矩量法【39】，等。总而言之，矩量法在车载天线电磁兼容研究方面具有很重要的作用，同时也是车载天线电磁兼容性研究中不可缺少的理论工具。第一章绪论1．3本文所做工作与论文结构安排本文基

5、于矩量法完成对车载角反射天线的建模并进行电磁兼容分析，所做的工作主要有以下五点：>讨论车载系统电磁兼容仿真过程中，车载天线的电磁兼容特性，具体包括车体对底馈线天线、中馈线天线及角反射天线的影响。得到底馈线天线及中馈线天线在仿真时必须考虑车体的影响，而角反射天线可以忽略车体这一结论：>通过仿真得出角反射天线的几种重要建模参数，及其对天线辐射性能的影响；同时，制定建模方案，即参数的合理选择范围；>进行角反射天线的参数化建模、计算，设计仿真模块的各部分功能，编制仿真模块界面；>完善车载系统电磁兼容仿真软件，使其可以进行角反射天线的电磁兼容分析；>用本文建模方法实现车载系统角反射天线的建模

6、，并计算天线方向图与耦合度，提出了减小耦合度的方法。论文将按照以下五个部分的内容来展开：第一章，简要介绍本文的研究目的和载体平台天线电磁兼容性研究的现状。首先分析了车载系统角反射天线的仿真现状及存在的困难，提出本文的研究重点和目的是完成角反射天线的建模和计算，完善国内现有软件的天线计算功能。接下来，介绍了国内外电磁仿真软件的发展现状以及经典算法矩量法的研究和应用现状，矩量法是本文天线建模的理论基础。最后是本文工作介绍和论文结构安排。第二章，研究车载系统电磁兼容仿真的相关基本概念。首先介绍车载天线的上装类型和上装规模以及常见的干扰耦合问题；其次，分析车载天线的电磁兼容特性，以底馈线天

7、线、中馈线天线和角反射天线为例，分别讨论了车体对天线耦合的影响，重点说明在计算角反射天线的电磁特性时，可以忽略车体，这将是本文后续建模分析的基础，后面也将会用仿真算例对这一点进行验证；接下来，详细介绍了角反射天线的特点及辐射特性，这是本文建模和分析的对象；最后，介绍了常用的电磁计算方法。第三章，详细介绍角反射天线的建模方法。首先介绍建模过程中所用到的指导理论和方法，包括数值电磁代码【40】【411、天线的电场积分方程、矩量法、基函数、权函数、以及用矩量法解电场积分方程