fdtd在天线计算中应用及一种新型天线阵列设计论文

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1、摘要CHIPIC软件是由我国自主研制开发，拥有舀主知识产权豹全电磁粒子模拟软件，采用时域有限差分(FDTD)法结合粒子模拟方法实现。论文主要研究了CHIPIC软件天线模块求解算法和利用CHIPIC软件辅助设计一种新型准八木微带天线阵列。首先回顾FDTD法的基本原理，分析了差分方程、解的稳定性及数值色散、完全匹配层边界条件和激励源，并提出了一种由PADE函数划分非均匀网格的方法，使j}均匀网格的划分更加容易编程实现。然屠介绍了天线模块，此模块是CHIPIC软件的一个子模块，主要利用惠更斯近远场等效原理来计算天线的远场辐射图。本论文根据CHIPIC软件的特点利用FDTD法酋先对近场区域进

2、行划分网格，然后迭代计算近场区域，最后由等效面上的近场结果通过离散化的近远场转换原理来设计完成CHIPIC软件的天线算法，并以电大尺寸喇叭天线的理论结果和实验结果与软件计算结果进行了比较，结果比较吻合。其次分析了夕≮木天线的工作原理以及介绍了巴仑结构的特点和应用，重点分析了目前流行的一种微带巴仑结构在半波天线上的应用。在此基础上提出了～种新型微带巴仑结构，此新型巴仑结构使巴仑设计更加简单，对结构的电尺寸要求降低，从丽可以达到展宽带宽的目的，通过对半波天线计算的对比结果可以证明此薪型徽带巴仑结构性能更好。利用此新型巴仑结构，在16,-一24GHz频带内设计了一种新型宽带准八术微带天线，

3、该天线的相对带宽达到37％以上，绝对带宽达到7GHz，其带宽远远大于传统微带天线带宽，同时增益达到5dB。为了提高增益，利焉此天线单元和一个T型功率分配器构成两单元新型准八木微带天线阵列，在带宽不变的情况下增益提高到将近9dB。这样，使得此微带天线阵列同时具备八木天线和微带天线的优点，并具有理想带宽。关键词：PADE算法，惠更斯原理，近远场转换，八木天线，巴仑ABSTRACTCHIPICisallelectromagneticparticle-in—cellcodewhichisdevelopedbyourcountryandourcountrypossessestheintelle

4、ctualpropertyofCHIPIC．TheimplementationofCHIPICiSbasedonFinite．DifferenceTime．Domain(FDTD)andPICalgorithm。Inthispaper,thedesignsofalgorithmofCHIPICantennamoduleandanewquasi—yagjantennaarrayarepresentedandanalyzed．Firstly,theFDTDmethodisreviewed，includingdifferenceformat，thestabilitycondition，th

5、ePMLabsorbingboundaryconditionandtheexcitingsource。ThenthepaperimprovednonuniformgridmethodbyPADEalgorithm．Secondly,antennamoduleisasub—moduleofCHIPIC，whichisusedforsolvingradiationpatternofanantennabyHuygensnear-to—far-fieldtransformation．AccordingtothecharacteristicsofCHIPICandFDTDnear-to—far

6、-fieldtransformationalgorithm，thekindofantennaalgorithmisdesigned．Thehornantennaexperimentresultandthetheoreticresultshowthattheseresultsagree谢thcalculatedvalues．Vagiantennaisstudiedsystematically．Thecharacteristicandapplicationofthemicrostripbalunstructurearealsodescribedindetailespeciallyinha

7、lf-waveantenna．Basedonthecommonbalun，anewbalunaledesigned．Thestructureofthenewbalunissimpleandtherelationbetweendimensionandwavelengthisnotveryimportant，SOthebandwidthisbroad．Thenewbalunstructureisusedtodesignanewmicro··stripquasi