圓柱共形微帶結(jié)構(gòu)的快速算法研究.pdf

1、本文以圓柱共形微帶結(jié)構(gòu)及其分析方法為研究對(duì)象，通過(guò)基于積分方程的矩量法與基于傳輸線模型的波概念迭代方法分別對(duì)圓柱共形微帶天線進(jìn)行了分析。
　　 首先通過(guò)柱坐標(biāo)中的矢量波方程推導(dǎo)出多層圓柱結(jié)構(gòu)的譜域并矢格林函數(shù)，利用廣義函數(shù)束(GPOF)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合，并通過(guò)Sommerfeld恒等式與漢克爾函數(shù)的大宗量近似將圓柱分層介質(zhì)的空域格林函數(shù)表示成閉合解析式形式?？紤]到場(chǎng)源處在同一圓柱面時(shí)，譜域格林函數(shù)中的高次諧波分量數(shù)目急劇增加，且

2、無(wú)窮積分收斂性變差，空域格林函數(shù)的計(jì)算效率無(wú)法滿足矩量法應(yīng)用的需要，因此采用譜域矩量法對(duì)圓柱共形微帶天線進(jìn)行分析。在譜域中詳細(xì)地推導(dǎo)出適于數(shù)值計(jì)算的介質(zhì)覆蓋層加載的圓柱共形微帶天線的切向電場(chǎng)格林函數(shù)，并給出細(xì)探針電流元產(chǎn)生的切向入射電場(chǎng)的具體形式。采用全域正旋基函數(shù)表示譜域電流，使阻抗矩陣元素中的級(jí)數(shù)和與無(wú)窮積分的收斂性得到保證。由矩量法求得貼片表面電流后，給出細(xì)探針輸入阻抗的計(jì)算公式。由于介質(zhì)基底的厚度遠(yuǎn)小于圓柱結(jié)構(gòu)的半徑與工作波長(zhǎng)，

3、因此在自阻抗部分的計(jì)算中合理地忽略圓柱結(jié)構(gòu)的曲率，并假設(shè)探針處于平面微帶結(jié)構(gòu)中，將大大簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。通過(guò)對(duì)加載介質(zhì)覆蓋層的探針激勵(lì)圓柱共形微帶天線輸入阻抗及輻射方向圖的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，討論了介質(zhì)覆蓋層對(duì)天線性能的影響。
　　 引入快速分析微帶結(jié)構(gòu)的新型波概念迭代方法(WCIP)，這種基于傳輸線理論與快速模式變換理論的方法通過(guò)在分界面上引入橫電磁波的概念代替以往的切向電磁場(chǎng)加快了計(jì)算過(guò)程。迭代過(guò)程則避免了大矩陣的求逆運(yùn)算以及復(fù)雜

4、的格林函數(shù)推導(dǎo)，顯著提高了微帶結(jié)構(gòu)的分析效率。在對(duì)分界面進(jìn)行建模的過(guò)程中，采用非均勻網(wǎng)格剖分方法對(duì)尺寸差別較大的局部區(qū)域進(jìn)行處理，可以有效避免均勻剖分建模時(shí)網(wǎng)格數(shù)量過(guò)大的問(wèn)題。最終，將波概念迭代法推廣至圓柱坐標(biāo)系，通過(guò)在譜域中匹配圓柱分界面的邊界條件，推導(dǎo)出金屬圓柱以及圓柱共形微帶結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的譜域?qū)Ъ{及譜域反射算子的具體形式。應(yīng)用廣義波概念迭代方法計(jì)算了帶線饋電的圓柱共形微帶天線的輸入阻抗；并結(jié)合圓柱分層結(jié)構(gòu)的空域格林函數(shù)給出了天線的遠(yuǎn)場(chǎng)