使用面積分方程法實現共形微帶天線的特性分析

　　本文以柱面、球面等規則形狀微帶天線為例，采用基于面積分方程法研究了共形微帶天線的特性。采用細條帶等效探針饋電模型，通過引入半Rao-Wilton-Glisson （RWG） 函數以及邊界電荷，分析了電壓源以及電流源模型中阻抗矩陣Z 以及V 向量的計算過程。針對共形微帶天線陣列未知量大、效率低的缺陷，采用特征基函數法結合等效偶極矩法分析了共形微帶天線陣列。數值計算證明了本文分析的正確性和有效性。

　　1、引言

　　在飛機、導彈等高速飛行的載體上，要求天線不能影響載體的動力學特性，除了將天線安裝在天線罩中外，還可以使天線與載體物理共形，近年來可穿帶技術也需要共形天線技術。微帶天線具有易共形的特征，因此共形微帶天線研究成為熱點。目前，研究較多的為柱面［1］、球面［2］等規則形狀微帶天線，研究方法從簡單的、精確度較差的傳輸線理論、腔模理論過度到復雜的、精確度高的全波分析理論。這里，我們采用全波分析理論，實現對共形微帶天線的精確分析。積分方程法是全波分析理論中的一種常用方法，在分析共形微帶天線時，主要采用兩類積分方程法，應用較多的是體面積分方程法，這種方法適用范圍廣，理論上可以分析電小尺寸、任意曲面的共形微帶天線，且計算過程簡單。該方法對天線進行整體剖分，導體面和介質體一般采用三角面剖分和四面體剖分，采用矩量法求解表面等效電流和體等效電流。但其計算大尺寸陣列時會產生龐大的未知量，甚至容易產生內存溢出的現象。雖然，借助于快速算法可以擴大體面積分方程法的應用范圍，但其消耗的計算機內存也是相當大的。在載體面規則的情況下可以采用另一類方法-基于分層媒質格林函數的面積分方程法，這種方法只需將導體面進行剖分，介質體不需要進行體剖分，其影響體現在該結構下的并矢格林函數里。這樣，產生的未知量相比體面積分方程少的多，緩解了計算機內存壓力，適用于較大尺寸的陣列分析。本文采用的即為第二類積分方程法。采用面積分方程法分析的重要環節是對相應載體結構的并矢格林函數的求解，以柱面、球面為例，本文采用面積分方程法分析了共形微帶天線的性質。天線模型采用細條帶等效探針激勵的方式，通過引入半RWG 函數以及邊界電荷，成功構建了一種可行的激勵模型，重點分析了矩量法過程中阻抗矩陣以及電壓向量的計算。另外，本文利用快速算法分析了共形微帶天線陣列的輻射特性，為共形微帶天線的研究提供了理論支撐。

　　在飛機、導彈等高速飛行的載體上，要求天線不能影響載體的動力學特性，除了將天線安裝在天線罩中外，還可以使天線與載體物理共形，近年來可穿帶技術也需要共形天線技術。微帶天線具有易共形的特征，因此共形微帶天線研究成為熱點。目前，研究較多的為柱面［1］、球面［2］等規則形狀微帶天線，研究方法從簡單的、精確度較差的傳輸線理論、腔模理論過度到復雜的、精確度高的全波分析理論。這里，我們采用全波分析理論，實現對共形微帶天線的精確分析。積分方程法是全波分析理論中的一種常用方法，在分析共形微帶天線時，主要采用兩類積分方程法，應用較多的是體面積分方程法［3］，這種方法適用范圍廣，理論上可以分析電小尺寸、任意曲面的共形微帶天線，且計算過程簡單。該方法對天線進行整體剖分，導體面和介質體一般采用三角面剖分和四面體剖分，采用矩量法求解表面等效電流和體等效電流。但其計算大尺寸陣列時會產生龐大的未知量，甚至容易產生內存溢出的現象。雖然，借助于快速算法可以擴大體面積分方程法的應用范圍，但其消耗的計算機內存也是相當大的。在載體面規則的情況下可以采用另一類方法-基于分層媒質格林函數的面積分方程法［4］，這種方法只需將導體面進行剖分，介質體不需要進行體剖分，其影響體現在該結構下的并矢格林函數里。這樣，產生的未知量相比體面積分方程少的多，緩解了計算機內存壓力，適用于較大尺寸的陣列分析。本文采用的即為第二類積分方程法。采用面積分方程法分析的重要環節是對相應載體結構的并矢格林函數的求解，以柱面、球面為例，本文采用面積分方程法分析了共形微帶天線的性質。天線模型采用細條帶等效探針激勵的方式，通過引入半RWG 函數以及邊界電荷，成功構建了一種可行的激勵模型，重點分析了矩量法過程中阻抗矩陣以及電壓向量的計算。另外，本文利用快速算法分析了共形微帶天線陣列的輻射特性，為共形微帶天線的研究提供了理論支撐。