有限长v锥天线的辐射场

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1、第33卷第5期电子科技大学学报Vol.33No.52004年10月JournalofUESTofChinaOct.2004有限长V锥天线的辐射场王洪裕，阮成礼，王琪(电子科技大学物理电子学院成都610054)【摘要】采用模式匹配法分析了有限长V锥天线的辐射特性，并给出了天线的辐射方向图。通过对天线周围空间的合理分区以及利用已有无限长V锥天线的辐射场公式，得到各分区的场量展开式，且展开系数由分区交界面的场分量连续条件加以确定，从而得到远区辐射场的解析表达式。计算结果与仿真结果十分吻合，证实了模式匹配法用于分析有限长V锥天线辐射特性是非常成功的。该结果对

2、非轴对称天线的分析和V锥天线的工程设计有参考意义。关键词超宽带;V锥天线;模式匹配;三角板天线+中图分类号TN822.8文献标识码ARadiationFieldsofV-ConicalAntennaswithFiniteLengthWangHongyu，RuanChengli，WangQi(SchoolofPhysicsElectronics,UESTofChinaChengdu610054)AbstractUsingmodematchmatching,thepaperatfirsttimeanalysestheradiationfieldsofth

3、eV-conicalantennaswithfinitelengthforthefirsttime.Thisapproachisfacilitatedbydividingthespaceintotwosubregionsreasonably,thusallowinguseofsphericalharmonicexpansionsineachsubregion.Theexpansioncoefficientsarefoundbyenforcingthecontinuityconditionattheregionboundarysurface.Theme

4、thodsleadstoverygoodagreementsbetweenthetheoreticalresultsandthesimulatedresults,whichisgivenbyAnsoftHFSS8.0.Theconclusions.ofthispapercanbeusedforengineeringdesignofVconicalantennas.Keywordsultrawideband;V-conicalantennas;mode-matchingmethod;triangularplateantenna超宽带(UltraWide

5、Band,UWB)电磁脉冲因其脉宽窄，频谱含量丰富，在超宽带雷达、通信、电子对抗等方面得到了广泛应用。V锥天线是一种广泛用于辐射超宽带电磁脉冲的超宽带天线。在辐射臂无限长的情况下，V锥天线的输入阻抗与频率无关。V锥天线也是三角板天线的原始模型，在θ0=90°时V锥天线退化为三角板天线，所以分析V锥天线具有十分重要的意义。文献[1]用保角变换法得到了无限长V锥天线的场，并求出了无限长V锥天线的输入阻抗，然而实际工程中的V锥天线都是有限长的，带宽也是有限的，目前国内[2]外还没有关于有限长V锥天线研究的文献。现行分析有限长天线辐射场的方法主要有矩量法、有

6、限差分法[3][4,5]、模式匹配法等。文献[4]用模式匹配法分析了椭圆切面的双锥天线和锥形喇叭天线，文献[5]用模式匹配法对大馈电区的双锥天线的输入特性进行了分析。同双锥天线相比，V锥天线的结构更为复杂，其辐射场收稿日期：2003−01−13作者简介：王洪裕(1979−)，男，硕士，主要从事天线理论与技术方面的研究.536电子科技大学学报第33卷分析也更为困难。本文首次采用模式匹配法对有限长非轴对称V锥天线的辐射场进行了分析，得到了辐射方向图，并且计算结果同仿真结果有较好的吻合。1有限长V锥天线场的辐射场图1所示为本文使用的理论分析模型。以V锥天线

7、的长度a为半径作一球面将天线周围空间分成两个区：1)r≤a时为Ⅰ区，即天线区。在天线区内的高次模相对于TEMZ模可被忽略。2)r≥a时为Ⅱ区，即辐射区。在天线的辐射区仅存在高次模。φ天线结构与角坐标无关，并且从顶点馈电时，可以证明空间0Y电磁波只有TEM模，故在球坐标系中可选择赫兹矢量位∏，其中eθ0r=a∏e=∏er，∏eθ=∏eφ=0，则电场可表示为2X∂∏er2Ⅰ区Ⅱ区Ek=+∏(1)re2r∂r21∂∏erE=(2)θrr∂∂θ2图1有限长V锥天线示意图1∂∏erE=(3)ϕrrsinθ∂∂ϕ其中∏满足亥姆赫兹方程er22∏er()∇+k=0

8、(4)r在球坐标系中，其形式解为∞n(2)m∏=+∑∑Kk[rhk()](cos)(rPθBcosmBϕsi