复杂平台电磁辐射特性快速仿真方法-研究

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1、绪论目前在载体平台电磁兼容仿真领域，很多商业软件都有混合算法的模块，如意大利IDS公司的E．mind、西班牙Alcala大学的ECG、南非EMSS公司的Fcko等。同时混合算法的研究也在不断发展，MesutKahriman等人使用MOM．UTD[12】混合方法分析载体天线间的耦合，西安电子科技大学梁昌洪教授使用MoM．UTDiS][91混合方法来计算载体平台的天线方向图以及多天线间的隔离度问题。电子科技大学聂在平教授等使用MoM-NPO[141混合算法分析了载体天线的方向性。本文主要研究舰船、飞机这些电大尺寸复杂载体上线天线的辐射问题，研究了矩量法和物理光

2、学法的混合，通过改变混合算法中的区域耦合方式对算法做了加速，并应用混合算法分析了线面结构的电大尺寸目标的辐射特性。本文共分三章，结构安排如下：第一章简单介绍了电磁场基本理论，给出了金属导体表面积分公式，介绍了矩量法和物理光学法的基本原理，介绍了矩量法中适用于线面结构的基函数。第二章介绍了矩量法与不同的高频方法的混合，分别阐述了矩量法与基于射线的高频方法(GO／GTD／UTD)、基于电流的高频方法(PO／PTD)以及结合了GO和PO的SBR方法的混合原理，分析了各个混合算法的特点和适合解决的问题。第三章介绍了MoM．PO混合算法的基本原理，给出了混合算法计算

3、金属导体表面电流的矩阵方程，并在此基础上，通过改变MoM区和PO区的耦合方式来对混合算法进行加速，并用该算法数值仿真了实际舰载机载平台天线的辐射特性。3第一章矩量法和物理光学法1．1矩量法(MoM)基本原理如图(1-1)所示，设体积V是由闭合曲面S、是所包围的体积，已知V内场源歹、P的分布，以及S、是表面上的场值雷、疗，而曼面外和S面内的场源未知。豆(尹)：f1icopG(F，尹-)t7(尹I)+盟vtG(F，尹．)防t一啊{2。，尹．)而×+[要．×豆(尹')-。xV'G。J(fic01．tG(F。q(e3G(f，尹．)+[五．豆(尹t)]v．G(e，尹

4、-))矗s．(1-1)一啊{，尹．)而×+[五×豆妒。，尹．)+p豆(尹t)]V’，尹-))豳’、。疗(尹)=p(尹I)×V’G(尹，尹I)dy’+cof{二￡G(尹，尹')[疗×豆妒．)]．[而×疗妒．)]×v·G(尹，尹I)_[疗·疗扩．)]v．G(尹，芦-))峦．‘l-2)^北R其中，格林函数G2丢丽，尺=I尹一尹’I，这就是StrattonoChu公式，利用这两个公式可以由已知电流、电荷分布和给定界面上的场值来计算所研究区域的电磁场。对于理想导体，在入射波雪作用下，内部电场豆、磁场疗和电流．7为零，在表面S上产生感应面电流，且符合不同媒质分界面上的

5、Maxwell方程，即边界条件而×￡(芦)=0(1-3)S第一章矩量法和物理光学法而×Hff)=／(尹)(1—4)电流连续性方程V，-Jff)=irop(尹)(1·5)式中疗表示理想导体外法向，豆、疗分别表示边界处的总电场、总磁场，歹、P分别表示面电流密度和面电荷密度。因为电流分布在理想导体表面，故式(1-1)、(1-2)可以写成雷s(芦)：p皖弘酊(芦，尹，‘7(尹I)+Pff')v·G(fi，尹1)dS．t(1—6)；s日5if)=13ff')xV’Gff，尹')舔’(I-7)；式中豆5(尹)、疗5扩)表示表面感应电流产生的场，应用边界条件可以得到一尹

6、·雷‘if)=iaJgfG(尹，尹．)歹(尹-)嬲’一÷VfG(尹，尹gv'．JffgdS’(1．8)：ICOn"：hx疗‘if)=与歹(尹)一h×V×尸．吖G(尹，尹．)歹(尹．)嬲’(1-9)式(1．9)中P．V表示积分的主值。式(1—8)(1-9)分别是金属导体表面电场积分方程(EFIE)和磁场积分方程(MFIE)，磁场积分方程(1-9)只适用于封闭的导体结构，而电场积分方程(1．8)贝JJ同时适用于封闭和开放的导体结构。对任意封闭导体而言，都存在电场谐振频率和磁场谐振频率，当工作频率近乎于其谐振频率时，场积分方程将产生奇异矩阵，从而不能给出稳定的解

7、，但由于电场谐振频率和磁场谐振频率总是相互分离的，所以，我们可以引入电磁场的混合积分方程(CFIE)ot(EFIE)+(1-at)rlt·(MFIE)(1—10)其中口为混合参数，介于0与1之间，r／=√互肛为自由空间波阻抗，它的引入是为了使EFIE和MFIE量纲一致。这里我们考虑电场积分方程，理想导体表面的感应电流可以由基函数{Z(尹))的线性组合来表示：Yff)=∑％Z(尹)(1一11){％)为待求电流系数，将上式代入电场积分方程式(1—8)并采用伽利金匹配方法可得矩阵方程6第一章矩量法和物理光学法圪=一JI五(尹)·雷。(e)dS(1-14)7m1．

8、2矩量法(1VlolVl)应用于线面结构线状阵子天线在实际工程应用