机动式通信系统抛物面天线电磁兼容分析

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1、2机动式通信系统抛物面天线电磁兼容研究算对设备或系统的电磁兼容性能进行预测或评估的方法。系统电磁兼容性软件仿真的基本目的是通过软件仿真技术展现被分析系统工作时的整体兼容性状况，并提供定量分析结果【5】。相比于测量技术，它不仅能够节省大量的时间和金钱，并且使用者可以方便快捷的更改仿真模型，从而得到不同天线的工作状态和不同工作位置时的电磁兼容性能。抛物面天线经常被应用于高频领域，机动通信平台上装的卫星通信天线通常都是旋转抛物面天线。本文重点研究高频天线中旋转抛物面天线的电磁兼容性能，利用计算机建立抛

2、物面天线电磁干扰模型，实现抛物面天线的电磁兼容仿真，意在完成抛物面天线电磁兼容仿真软件。1．2天线干扰算法发展史机动式通信系统上装天线之间电磁干扰的主要传输途径是天线间的耦合，耦合的量级一般用耦合度或隔离度来表示。耦合度表征了这种耦合的强弱程度，它定义为一个天线发射功率与另一个天线所接收功率比值的对数值，一般用dB来表示。天线耦合度数值可以由天线实际测量获得，但由于实际测量的种种弊端甚至有时根本无法测量，人们往往更倾向于先用计算机预测与仿真得到初步结果，时机成熟后再利用测量进行进一步的验证。纵观

3、计算机动式通信系统天线干扰的发展史，电磁分析与电磁计算主要经历了以下几个阶段。第一阶段是解析方法时代，只能求出一些简单形状物体的解析解；第二阶段发生在电子计算机问世以后，这时出现了很多近似方法来分析形状较为复杂的物体，近似方法的优点在于计算速度快，但应用范围有限，很多情况下只能计算远区，并且不能处理更为复杂的物体。比较著名的有基于偏微分方程的用于高频近似的几何光学理论(GO)、几何绕射理论(GTD)和一致性几何绕射理论(UTD)，基于积分方程的物理光学法和物理绕射理论。第三阶段是一些数值方法的运

4、用，它们逐渐发展成为一门新的学科——计算电磁学，这也成为国内外很多学者研究的热点。总的来说，自上世纪60年代以来，出现了很多有效的数值计算方法16]，如时域有限差分法(FDTD)、矩量法(MOM)、有限元法(FEM)、边界元法(BEM)和有限积分法(FIT)等等。它们也可分为两类，一类基于Maxwell微分方程，如FDTD法，FEM法；另一类基于积分方程，如MOM法、BEM法和FIT法等。微分方程的优点是计算简单，易于计算机实现，且涉及的矩阵为稀疏矩阵，易于计算及存储，但这类方法方程的未知数目多

5、，并且存在数值耗散等问题的瓶颈约束。而积分方程未知数目少，数值网格灵活性强，数值耗散误差小，但它对计算机硬件存储量的要求大大增加。此外，还有传输线法、谱域法、小波法和频域有限差分法等。第～章绪论1．3国内外发展状况基于这些电磁算法，国内外出现了许多可以对天线进行电磁兼容仿真分析的软件。早期的预测软件，比较著名的有70年代的系统内电磁兼容分析(IEMCAPt7】)，它在远场区的假设下，利用天线远场区方向图来计算天线耦合度，对于存在于两天线之间的导电体(如飞机的机身、机翼等)引入阻挡因子。随着计算电

6、磁学的进一步发展，美国海军海洋系统中心开发了舰船电磁设计软件，它包含有三个天线模块，分别是NEC．MethodofMoments．NEC．BasicScattering和NEC．Reflectorantenna，使用的计算电磁方法有矩量法和几何绕射理论。近年来，国外出现了一些功能强大的商业软件，比较著名的有ANSYS公司的电磁计算模块FEKO和ANSOFT公司的HFSS软件，这些软件在解决各种电磁计算问题的同时，还提供了强大的前后处理功能。相比来说，国内的电磁兼容软件虽然起步较晚，但近年来也取得

7、了切实的进步。目前国内一些研究所和大学相继开发了一些电磁兼容仿真软件，虽然在性能上与国外著名商业软件有所差距，但由于这些软件较强的针对性和较好的可操作性，同样备受一些单位青睐。如本课题组之前开发的电磁兼容仿真软件【8】【9】，核心算法有时域有限差分法、矩量法以及以矩量法为基础的快速多极子算法(FMM)，它可以胜任对机动式通信系统进行电磁兼容仿真的工作，并与实测结果只有较小差别。但目前该软件局限于线天线模型，无法分析抛物面天线之间的耦合。随着卫星通信天线中抛物面天线的广泛应用，学者们对抛物面天线作

8、了大量研究。有分析抛物面天线场分布的：文献[10】介绍了精确预测带有笔形波束的抛物面天线的近场和远场特性的分析技术，这种技术运用了GTD方法。文献【1l】利用一种新的天线口径场积分的近似算法，计算口径面天线的近场区。有分析抛物面天线方向图的：文献[121研究了建立在FFT基础上的一种有效的数值算法来计算口径天线的辐射方向图，当抛物面天线表面上的感应面电流已知时，这种方法也可计算抛物面天线的辐射方向图。文献[13】分别用渐进PO和GTD计算抛物面天线的辐射方向图，并给出了对比结果。有考虑抛物面天线