【正文】 分 類 號 密 級 U D C 單位代碼 10151 基于時域有限差分法的縫隙天線分析與設(shè)計 譚 曉 明 申請學(xué)位級別 碩士 學(xué)科與專業(yè) 通信與信息系統(tǒng) 論文完成日期 論文答辯日期 指導(dǎo)教師 房少軍 職稱 教授 學(xué)位授予單位 大連海事大學(xué) 答辯委員會主席 The Analysis and Design of Slot Antenna Based on FiniteDifference TimeDomain Method Dissertation Submitted to Dalian Maritime University In partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering By Tan XiaoMing (Communication and Information System) Dissertation Supervisor: Professor Fang Shaojun January, 2020大連海事大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 ,獨立進行研究工作所取得的成果，撰寫成碩士學(xué)位論文 “ 基于時域有限差分法的縫隙天線 分析與設(shè)計 ” 。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 對論文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明 .本論文中不包含任何未加明確注明的其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或未公開發(fā)表的成果。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教 師完全了解“大連海事大學(xué)研究生學(xué)位論文提交、版權(quán)使用管理辦法”，同意大連海事大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連海事大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。 保密 □，在 年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于： 保密 □ 不保密□（請在以上方框內(nèi)打“√” ） 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 中 文 摘 要 摘 要 時域有限差分法（ FDTD）作為一種電磁場數(shù)值計算方法以其簡單、直觀等特點近年來備受業(yè)界關(guān)注和厚愛。本文按由簡到繁的順序，逐步介紹 FDTD 在一維、二維和三維電磁場問題上的基本使用技術(shù)，旨在給出該方法的基本構(gòu)成脈絡(luò)，并運用此方法分析計算單裂縫天線。 作為 裂縫 陣列 天線的理論基礎(chǔ)，本文從對偶原理出發(fā)，分析并比較了半波 對稱 振子和半波縫隙 天線 的場型特點，在此基礎(chǔ)上分析了波導(dǎo)上單個縫隙的輻射機理和 型 式，并分析了由多個縫隙構(gòu)成的波導(dǎo)裂縫天線陣的特 點，給出相關(guān)的計算公式。 單端饋電的波導(dǎo)裂縫天線，它的長度受到雷達發(fā)射脈沖寬度的限制，因此在港口雷達站 等要求 窄波束的條件下，大型裂縫天線就 難以 實現(xiàn)。但裂縫天線有許多優(yōu)點，為了克服上述矛盾， 論文的最后設(shè)計了一種雙端相向饋電的波導(dǎo)裂縫天線 ， 并借助 Ansoft公司的高頻電磁仿真軟件 HFSS 進行仿真。根據(jù)對方向圖的要求，采用修正的切比雪夫陣設(shè)計該天線各縫隙的電流分布，并編寫 MATLAB 程序進行計算。由于窄邊開縫的波導(dǎo)裂縫天線各個縫隙排列復(fù)雜，給 HFSS 建模帶來了困難，所以本文提供了利用MATLAB 生成 腳本程序來 建立 仿真模型的方法，該方法能快速準確地建立復(fù)雜模型。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的 雙端相向饋電的波導(dǎo)裂縫天線 基本 滿足使用 要求。 關(guān)鍵詞：裂縫天線；時域有限差分法；雙端饋電；切比雪夫陣； 英 文 摘 要 Abstract As a numerical calculating method of electromagic field, the FiniteDifference TimeDomain (FDTD) method is generally favored in the professional field because of its simplicity. Arranged in an order from simple to plex, this paper introduces respectively the basic operating technique of FDTD used in one dimensional, two dimensional and three dimensional electromagic field problems. It is aimed to explain the basic structure of this method and use it to analyze and calculate a slot antenna. Proceeding from the principle of duality, the paper analyzes and pares the field features of halfwavelength band dipole and halfwavelength aperture antenna, which is the theoretical basis of slotted antenna array, Based on this then, the author will analyze the mechanism of a aperture in on a waveguide and the features of slottedwaveguide antenna array formed by a number of aperture. Finally, the author presents the relevant formulas. Excited from a single end of a waveguide, the length of a slottedwaveguide antenna is restricted by the width of radar transmitted pulse, so it is difficult to implement a largescale radar slot antenna with narrow beams. However, we should not ignore the fact that slot antenna has many advantages. To overe this contradiction, the paper provides a design of slottedwaveguide antenna which is excited from both end of the waveguide, and simulates it with the help of HFSS. According to the requirement of directivity, this researcher designs the amplitude distribution of the apertures based on modified Chebyshev array, and calculates it by writing program using MATLAB. The plex arrangement of the slots in the narrow face of a waveguide brings much trouble to model it in HFSS, so the present paper offers a method to create the model by producing model scripts in MATLAB. This method can establish a plex model quickly and exactly. The simulating result shows that this antenna can basically satisfy the practical requirement. Key Words： slot antenna； FDTD； both end excited； Chebyshev array 目 錄 目 錄 第 1 章 緒論 .............................................................................................................................. 1 ...................................................................................... 1 .................................................................................. 1 脈沖寬度與天線長度 ......................................................................................... 1 天線效率 ............................................................................................................. 2 .................................................................................................. 2 .......................................................................................................... 3 第 2 章 縫隙天線的基本原理 .................................................................................................. 4 ...................................................................................................................... 4 電偶極子與磁偶極子的對偶性 ......................................................................... 4 電流元和磁流元的對偶性 ................................................................................. 4 對偶原理的建立 ................................................................................................. 5 .......................................................................................... 6 .................................................................................................. 8 開縫形式 ............................................................................................................. 8 波導(dǎo)縫隙的阻抗特性 ......................................................................................... 9 ........................................................................................................ 11 第 3 章 時域有限差分法的