【正文】 對(duì)于空間隔離度，它的物理含義是指輻射場(chǎng)在自由空間中傳播時(shí)的功率損耗。另一方面，如果兩個(gè)天線距離較近，則二者之間的影響不可忽略，這時(shí)用軟件仿真的方法計(jì)算方向圖時(shí)，必須將二者都同時(shí)計(jì)算。 是電磁波的波長(zhǎng)。根據(jù)互易原理可以證明這一繞射系數(shù)具有和 一樣的函數(shù)關(guān)系式。 ?0s s?)()(00000)()()()( ssjkssjpp eesFsFesAsa p ????? ???0p? 0ss?npa? bpa?高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 因此總激勵(lì)函數(shù)可寫為： 其中 和 由上頁公式給定。如右圖所示： 高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 令 為沿射線的距離， 為 的任一分量的幅度， 為射線管的線截面。因?yàn)橐言O(shè)繞射表面是理想導(dǎo)體，所以表面上的 場(chǎng)的切向分量始終等于零。 FS和高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 下面介紹在一光滑凸曲面上繞射的射線。但在實(shí)際應(yīng)用中，問題通常不是要求出兩已知點(diǎn) A和 B之間的射線軌跡，而是要求出從源點(diǎn) S經(jīng)過物體表面到達(dá)場(chǎng)點(diǎn) F的整條射線的軌跡。 和 由下式給定： 其中 與 由下式給定： sD hD?????????jk sdihdjk sdisdesAEDFEesAEDFE)()()()(????? ?sDhD) ) ] }(()())(()([))](()())(()({[s i n1,????????????????????????????????????FdFdFdaFdD hs??? ???????? ?????? ??高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 這兩個(gè)系數(shù)稱為直劈的凱勒繞射系數(shù)，函數(shù) 的計(jì)算式如下： 其中 。如果把 D點(diǎn)的激勵(lì)因子和場(chǎng)點(diǎn) F的繞射場(chǎng)聯(lián)系起來，繞射場(chǎng)可表示為： 其中 是描述空間衰減的擴(kuò)散因子，而相位因子 則描 述繞射場(chǎng)沿射線從 D到 F的相位變化。通常在我們碰到的邊緣都是曲邊，但是在一定范圍之內(nèi)我們可以把曲邊當(dāng)成直邊處理，這樣引起的誤差一般都不大。如上圖所示，源點(diǎn)與場(chǎng)點(diǎn)是用柱面坐標(biāo)系 給出的，右圖是其平面展開圖。 設(shè)某一邊緣由此參數(shù)方程決定： ????????)()()(thztgytfx高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 其中 是一參量。只要尖頂沒有被繞射物體的一部分所遮擋，則尖頂繞射射線總是存在的。如果假設(shè)入射場(chǎng)是球面波，則擴(kuò)散因子可給定為： 其中和是反射波陣面在反射點(diǎn)的兩個(gè)主曲率半徑。 高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 反射場(chǎng)和直射場(chǎng)一起構(gòu)成了場(chǎng)點(diǎn)的幾何光學(xué)場(chǎng)。費(fèi)馬原理認(rèn)為，反射點(diǎn)可根據(jù)使此距離取駐點(diǎn)值的要求確定 。 高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 盡管可能有繞射物體存在，直射場(chǎng)通常仍按從源發(fā)出的自由空間場(chǎng)計(jì)算。第三，運(yùn)用幾何繞射理論計(jì)算出的隔離度結(jié)果有較高的準(zhǔn)確度。 高頻段天線隔離度的計(jì)算 在高頻部分，如果以 Ansoft公司的軟件 HFSS為工具計(jì)算天線間的隔離度，不僅僅能夠繞過繁雜的計(jì)算與冗長(zhǎng)的算法，還能得到一個(gè)比較精確的解。 (2 ) GPS天線布置 GPS接收天線 ,它接收衛(wèi)星信號(hào) ,因此它要安裝在機(jī)身上方 ,且盡量遠(yuǎn)離探測(cè)雷達(dá)。在工程設(shè)計(jì)中，一般都是按照天線布局原則先做初步的布置，然后對(duì)這一布局進(jìn)行電磁兼容分析，算出天線間的隔離度，如果符合標(biāo)準(zhǔn)，就采用這一布局，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要根據(jù)具體天線隔離度數(shù)據(jù)調(diào)整部分天線的位置，然后再計(jì)算新布局的天線隔離度。由以上分析可知，兩個(gè)天線的工作頻帶即使不同，但是只要其中一個(gè)天線的二次諧波或三次諧波等能夠落入另一個(gè)天線的工作頻帶內(nèi)，這兩副天線間就存在有干擾。 2R)(1222121RRVVPPS ??1R 2Z1R 2R電磁兼容中的天線耦合問題 電磁信號(hào)的諧波干擾 ?周期信號(hào)的諧波分析 設(shè) 為周期性信號(hào)，周期為 ，眾所周知，任何周期信號(hào) ，如果滿足 Dirichlet條件，都能展開為 Fourier級(jí)數(shù)。天線隔離度是指發(fā)射天線發(fā)射的功率與接收天線接收到的功率之比，當(dāng)兩天線都在對(duì)方遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，所謂的發(fā)射功率指的實(shí)際是天線的輻射功率，以為只有輻射場(chǎng)才能影響接收天線。接收天線與發(fā)射天線間的距離為 ，收發(fā)天線外形尺寸與 相比很小，天線可被當(dāng)作一個(gè)點(diǎn)源，而且發(fā)射天線發(fā)出的電磁波為球面波，在接收天線處，該球面波的半徑很大，可當(dāng)作平面波，則隔離度表示為： TP tGrr1222 )),(),(()4()( ???rrrtttrtrT FFGGrPPS ??????電磁兼容中的天線耦合問題 天線隔離度與空間隔離度 其中 為間距，為波長(zhǎng)， 與 為兩天線增益， 為其歸一化方向性函數(shù)。因?yàn)橛袝r(shí)天線的功率增益與空間隔離度相比并不大，空間隔離度近似等于天線隔離度，因此，僅僅是空間隔離度就能說明天線間的隔離程度，從簡(jiǎn)化計(jì)算方面考慮，這時(shí)，我們可以不管天線隔離度。在具體問題中，對(duì)于不同的情況，接收天線可能通過不同的方式對(duì)發(fā)射天線施加干擾。若未指明方向，則增益通常指最大輻射方向的功率增益。 天線的輸入阻抗與幾何形狀、饋電方法和周圍物體的臨近程度等多種因素有關(guān)。例如一輛小轎車內(nèi)安裝的無線電話收發(fā)系統(tǒng)，它的工作頻率在 1MHz~1GHz范圍內(nèi)，而車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置產(chǎn)生的干擾信號(hào)頻譜可達(dá)到 200MHz，城市里的廣播電視發(fā)射天線的調(diào)諧頻率在十幾 MHz到數(shù)百 MHz之間，因此轎車內(nèi)的無線電話收發(fā)機(jī)的工作頻率一般設(shè)在較低的頻段，否則就會(huì)遭到廣播電視信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噪聲的干擾。 電磁兼容中的天線耦合問題 隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展 ,越來越多的電子設(shè)備被集成在一個(gè)系統(tǒng)中 ,同時(shí) ,一個(gè)電子系統(tǒng)可能需要幾副甚至十幾副工作在不同波段的天線來接收或發(fā)射電子信號(hào) ,例如一架飛機(jī)或一艘軍艦上會(huì)裝載各種各樣的完成不同功能的電子設(shè)備及其天線 .同一系統(tǒng)中不同天線的近場(chǎng)耦合很強(qiáng) ,嚴(yán)重干擾了各收發(fā)電臺(tái)的正常工作 ,因此怎樣預(yù)估及避免這種干擾 ,對(duì)于通信設(shè)備的正常工作至關(guān)重要 .另外 ,當(dāng)天線發(fā)射功率很大時(shí) ,其周圍的電子設(shè)備也會(huì)受到很強(qiáng)的干擾 ,而無法正常工作 ,因此天線近場(chǎng)的分析也是電磁兼容的一個(gè)重要問題。 天線的輻射效率是天線的輻射功率與凈輸入功率的比值： 由式 ()進(jìn)一步可得： LP rP LR riRinrPPe ?inriRRe ?電磁兼容中的天線耦合問題 天線的工作原理 ? 天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖 在距離 等于常數(shù)的球面上，場(chǎng)強(qiáng)或功率密度隨方向坐標(biāo) 的變化曲線稱為場(chǎng)強(qiáng)方向圖或功率方向圖。 ?4),( ??G電磁兼容中的天線耦合問題 天線的工作原理 功率增益與方向性增益的關(guān)系如下： 如果以分貝為單位，則有： 在后面的天線隔離度計(jì)算與分析中，最常用的是天線遠(yuǎn)場(chǎng)功率增益或者方向性增益的方向圖。所謂的不同的情況，主要指的就是遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)與近區(qū)場(chǎng)。一般情況下，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在天線間的電距離（真實(shí)距離與發(fā)射天線工作波長(zhǎng)之比）較大或者收發(fā)天線都可認(rèn)為是很好的全向天線，并且其功率增益大約為 的場(chǎng)合中。 是發(fā)射天線坐標(biāo)系中接收點(diǎn)指向角， 是接收天線坐標(biāo)系中發(fā)射點(diǎn)的指向角。而當(dāng)兩天線在對(duì)方的近區(qū)場(chǎng)時(shí)，由于接收天線受到的不僅僅是近區(qū)場(chǎng)中微不足道的輻射場(chǎng)的影響，更多的是受到束縛場(chǎng)或者感應(yīng)場(chǎng)的影響，因此這時(shí)發(fā)射天線的發(fā)射功率指的應(yīng)該是天線的輸出功率。周期性信號(hào)展開成Fourier級(jí)數(shù)的物理意義是十分明確的，它表明一個(gè)周期信號(hào)可以分解成直流分量和一系列諧波分量之和。 電磁兼容中的天線耦合問題 電磁信號(hào)的諧波干擾 ? 天線間諧波干擾實(shí)例 現(xiàn)在我們分析兩副車載天線間的諧波干擾，為突出諧波干擾，這里暫時(shí)忽略了天線隔離度的具體計(jì)算方法。這樣經(jīng)過反復(fù)計(jì)算與調(diào)整之后，逐漸使天線布局趨于合理。 (3 ) ESM天線布置 無源探測(cè) (以 ESM為例 )頻帶寬 ,接收靈敏度高 ,因此 ESM天線要遠(yuǎn)離那些落于其工作頻帶的發(fā)射源 ,考慮 ESM天線安裝于機(jī)身前后位置。但是由于電磁兼容分析的對(duì)象一般都是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在高頻部分有著很大的電尺寸，而 HFSS正是以有限元法為基礎(chǔ)的軟件，這樣的系統(tǒng)對(duì)于 HFSS來說意味著很大的計(jì)算量。第四，運(yùn)用幾何繞射理論開發(fā)的算法易于用軟件實(shí)現(xiàn)，用軟件實(shí)現(xiàn)之后，就具有一定的通用性，給使用、維護(hù)、二次開發(fā)等等都帶來了方便。顯然此時(shí)在天線和物體之間將產(chǎn)生相互作用，結(jié)果改變了當(dāng)天線位于自由空間時(shí)的電流分布。值得注意的事實(shí)是，除非反射面是一平面，否則反射點(diǎn)的位置不能用解析方法解出。如下圖所示， 是入射光線， 是反射光線，把距離 記為 ，距離 記為 ，反射過程可以用下式表示： SR RFSR s? RF s)(~)(~ RERRE ir ??高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算 高頻段天線隔離度的計(jì)算 射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算