【正文】 ... 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(shí)域有限差分法的基本應(yīng)用 .................................................................................... 14 ............................................................................................................................ 14 FDTD 基本技術(shù) .............................................................................. 15 自由空間一維電磁波傳播的 FDTD 模擬 ...................................................... 15 一維電磁波在無耗介質(zhì)中傳播的 FDTD 模擬 ............................................... 18 一維平面波在導(dǎo)電損耗介質(zhì)中傳播的 FDTD 模擬 ....................................... 20 色散媒質(zhì)的處理方法 ....................................................................................... 22 FDTD 基本技術(shù) .............................................................................. 24 二維 FDTD 基本計(jì)算公式 ............................................................................... 24 二維各向異性 PML 吸收層 ............................................................................. 27 第 4 章 應(yīng)用 FDTD 計(jì)算縫隙天線遠(yuǎn)場 ................................................................................ 34 FDTD 計(jì)算公式 .................................................................................................. 34 Yee 元胞 ............................................................................................................ 34 自由空間中三維 FDTD 公式 ........................................................................... 35 FDTD 計(jì)算縫隙天線遠(yuǎn)場波形 .......................................................................... 37 第 5 章 雙端相向饋電波導(dǎo)縫隙天線設(shè)計(jì) ............................................................................ 44 ............................................................................................................................ 44 ............................................................................................................ 45 切比雪夫分布律 ............................................................................................... 45 各縫隙電導(dǎo)和傾角的計(jì)算 ............................................................................... 50 縫隙間距 d 和縫隙個(gè)數(shù) n 的確定 ................................................................... 53 ........................................................................................................ 54 結(jié) 束 語 .................................................................................................................................. 56 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 57 致 謝 .................................................................................................................................. 61 基于時(shí)域有限差分法的縫 隙天線的分析與設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 縫隙天線的研究狀況及發(fā)展 對縫隙天線的 研究始于二十世紀(jì)四十年代。 單端饋電 雷達(dá) 裂縫天線的問題 脈 沖寬度與天線長度 雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度 ? 限制著裂縫天線長度的增加 [17]。 —— 微波器件和導(dǎo)行波結(jié) 構(gòu)的研究，例如波導(dǎo)，介質(zhì)波導(dǎo)，微帶傳輸，波導(dǎo)中的孔縫耦合，鐵氧體器件，加載諧振腔等。正文部分共分五章，分述如下： 第一章是緒論，介紹了縫隙天線的研究和發(fā)展?fàn)顩r、雷達(dá)裂縫天線存在的問題以及對時(shí)域有限差分法的簡要介紹。第 2章 縫隙天線的基本原理 4 第 2 章 縫隙天線的基本原理 對偶原理 電偶極子與磁偶極子的對偶性 設(shè)自由空間中電偶極子的中心位于球坐標(biāo)系的原點(diǎn) O，正、負(fù)電荷之間的距離為 l ，分別位于 )2,0,0( l 和 )2,0,0( l? 兩點(diǎn)?！半娦驮础钡柠溈怂鬼f方程組的形式如下： ???????????????????????????0eeeeeeeeBDJtDHtBE???????? （ ） “磁型源”的麥克斯韋方程組形式如下： 第 2章 縫隙天線的基本原理 6 ???????????????????????????0mmmmmmmmDBJtBEtDH???????? （ ） 當(dāng)兩種源同時(shí)存在時(shí)，根據(jù)矢量疊加原理有 me EEE ??? ?? me HHH ??? ?? me DDD ??? ?? me BBB ??? ?? （ ） 于是可以得到對稱形式的麥克斯韋方程組： ????????????????????????????meemBDtDJHtBJE?????????? （ ） 理想縫隙天線的輻射機(jī)理 所謂理想縫隙天線是指在無限大的可以不計(jì)厚度的理想導(dǎo)體平板上開的縫隙。場量下角標(biāo)中的 d 和 s分別表示屬于振子或縫隙。 實(shí)際的縫隙天線都是開在有限尺寸的良導(dǎo)電金屬板上的。能產(chǎn)生輻射的縫隙都能有效切割表面電流線，而不能產(chǎn)生輻射的縫隙是與表面電流線平行的，不能有效切割表面電流線。 另外沿波導(dǎo)縱軸方向相距半個(gè)波導(dǎo)波長的兩個(gè)截面上，縱向表面電流和橫向表面電基于時(shí)域有限差分法的縫 隙天線的分析與設(shè)計(jì) 9 流都是反相的，因而在波導(dǎo)縱軸方向 上相距 2g? 的縫隙是反相的，相距 g? 的縫隙是同相的。由式（ ）可知，寬邊縱向縫隙偏離中心線越遠(yuǎn)，等效電導(dǎo) g 越大。在 ? ?15 時(shí)，式（ ）可近似為： ?21 singg ? （ ） 由式（ ）可知， ? 越大，等效電導(dǎo) g 也越大。 波導(dǎo)縫隙陣的輻射能量就來自于波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ǎ恍枰硗獾酿伨€，這在饋電方面是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。如圖 所示。天線陣的各縫隙不同相 激勵，具有一個(gè)固定相差，所以方向性圖主瓣將偏離縫隙面的法線一定角度。解決辦法是利用電通密度 D? 把媒質(zhì)的特性統(tǒng)一到一個(gè)式子中集中處理，具體如下： 基于時(shí)域有限差分法的縫 隙天線的分析與設(shè)計(jì) 15 ?????????????????????EtHEDHtE??????0011??? （ ） 這樣，不管媒質(zhì)是導(dǎo)電的還是色散的，計(jì)算的復(fù)雜性都包括在式（ ）的第二個(gè)式子中，而第一和第三兩式保持對稱。 圖 經(jīng)過 100個(gè) 時(shí)間步時(shí)的電場磁場波形 Fig. The electric field and magic field waveform after 100 time steps 隨著迭代時(shí)間步的增大，脈沖將到達(dá)問題區(qū)間的外邊緣，如果不做任何處理，將導(dǎo)致脈沖反射，如圖