基于时域有限差分法的裂缝天线分析与设计

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1、中文摘要摘要时域有限差分法(FDTD)作为一种电磁场数值计算方法以其简单、直观等特点近年来备受业界关注和厚爱。本文按由简到繁的顺序，逐步介绍FDTD在一维、二维和三维电磁场问题上的基本使用技术，旨在给出该方法的基本构成脉络，并运用此方法分析计算单裂缝天线。作为裂缝阵列天线的理论基础，本文从对偶原理出发，分析并比较了半波对称振子和半波裂缝天线的场型特点，在此基础上分析了波导上单个裂缝的辐射机理和型式，并分析了由多个裂缝构成的波导裂缝天线阵的特点，给出相关的计算公式。单端馈电的波导裂缝天线，它的长度受到雷达发射脉冲宽度的限制，因此在港口雷达站等要求窄波束的条件下，大型裂缝

2、天线就难以实现。但裂缝天线有许多优点，为了克服上述矛盾，论文的最后设计了一种双端相向馈电的波导裂缝天线，并借助Ansoft公司的高频电磁仿真软件HFSS进行仿真。根据对方向图的要求，采用修正的切比雪夫阵设计该天线各裂缝的电流分布，并编写MATLAB程序进行计算。由于窄边开缝的波导裂缝天线各个裂缝排列复杂，给HFSS建模带来了困难，所以本文提供了利用MATLAB生成脚本程序来建立仿真模型的方法，该方法能快速准确地建立复杂模型。仿真结果表明所设计的双端相向馈电的波导裂缝天线基本满足使用要求。关键词：时域有限差分法；裂缝天线；双端馈电；切比雪夫阵；英文摘要AbstractA

3、sanumericalcalculatingmethodofelectromagneticfield，theFinite-DifferenceTime—Domain(FDTD)methodisgenerallyfavoredintheprofessionalfieldbecauseofitssimplicity．Arrangedinanorderfromsimpletocomplex，thispaperintroducesrespectivelythebasicoperatingtechniqueofFDTDusedinonedimensional，twodimens

4、ionalandthreedimensionalelectromagneticfieldproblems．Itisaimedtoexplainthebasicstructureofthismethodanduseittoanalyzeandcalculateaslotantenna．Proceedingfromtheprincipleofduality,thepaperanalyzesandcomparesthefieldfeaturesofhalf-wavelengthbanddipoleandhalf-wavelengthapertureantenna，which

5、isthetheoretical’basisofslottedantennaarray,Basedonthisthen，theauthorwillanalyzethemechanismofaapertureinonawaveguideandthefeaturesofslotted-waveguideantennaarrayformedbyanumberofaperture．Finally,theauthorpresentstherelevantformulas．Excitedfromasingleendofawaveguide，thelengthofaslotted-

6、waveguideantennaisrestrictedbythewidthofradartransmittedpulse，SOitisdifficulttoimplementalarge-scaleradarslotantennawithnarrowbeams．However,weshouldnotignorethefactthatslotantennahasmanyadvantages．Toovercomethiscontradiction，thepaperprovidesadesignofslotted-waveguideantennawhichisexcite

7、dfrombo协end’ofthewaveguide，andsimulatesitwiththehelpofHFSS．Accordingtotherequirementofdirectivity,thisresearcherdesignsthe函apfitudedistributionoftheaperturesbasedonmodifiedChebyshevarray,andcalculatesitbywritingprogramusingMATLAB．Thecomplexarrangement-oftheslotsinthenarrowfaceo