【正文】 用。由于均含有(r/ )不同冪項的因子，?隨著(r/ )的變化，某些項將起到主要作用，所以可將場分為近區(qū)場和遠區(qū)場來討論場量的性質(zhì)。這些電氣指標由天線的特性參量來描述。工程上可把場強方向圖繪制成四種形式：場強方向圖可分為直角坐標圖和極坐標圖，它們又分為分貝標注幅度標注和分貝標注。 H 面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場矢量的平面。因此，方向性系數(shù)愈大，則天線輻射就愈集中。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個純屬于個人習(xí)慣。0≤ ≤1，符合能量守恒定律，發(fā)射波的能量不會大于入射波。根據(jù)電場矢量的端點軌跡形狀，電磁波的極化分為三種：線極化，圓極化，和橢圓極化，其中線極化又分為垂直線極化和水平線極化，圓極化分為左旋圓極化與右旋圓極化，橢圓極化分為左旋橢圓極化與右旋橢圓極化。圓極化天線可以接收任一線極化波，線極化天線也可以接收任一圓極化波，只是比圓極化天線接收到的信號電平減少 3dB。線天線的長度為L=75cm，平面板為 150cm150cm，如下圖 所示 , 利用 FEKO 對其進行仿真得到如下數(shù)據(jù) s11 參數(shù)， VSWR 參數(shù)及遠場電場圖，方向性圖，增益圖。 第 5 章 汽車天線的電磁仿真近幾年來，隨著車載娛樂和通訊系統(tǒng)功能的增強及品質(zhì)的提高，特別是GPS 定位系統(tǒng)、因特網(wǎng)通訊、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等功能的廣泛使用，汽車的移動接收技術(shù)開發(fā)的。 單極半波振子仿真 在引入車體模型之前，先用 FEKO 仿真一下 100M 的單極半波振子在一個平面板上的方向圖,并研究其變化規(guī)律，為后面的仿真做基礎(chǔ)及比較的對象。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。電磁波的極化是指天線在最大輻射方向上電場矢量隨時間的變化方向。 如果 ≠ ，傳輸線反射系數(shù) Γ 一定不為 0，此時天線輸入端的電壓與inZ0電流均有入射波與反射波疊加引起，定義電壓振幅最大值與振幅最小值為電壓駐波比 VSWR(Voltage Stand Wave Ratio)： ????1minaxUVSWR 由上面的公式同樣可以看出 VSWR 與反射系數(shù)的模 Γ 有一一對應(yīng)的關(guān)系。（相同輸入功率）20),(),(EG??? 同樣，增益也可以定義為某點產(chǎn)生相同電場強度的條件下無方向性點源天線輸入功率 與某天線的總輸入功率之比0inP（相同電場強度）in0? 若定義天線的效率為輻射功率與輸入功率之比 inrp? 則天線增益與天線方向性系數(shù)有如下關(guān)系 DG? 若不考慮天線自身的損耗，則天線的增益和方向系數(shù)完全相同（4）反射系數(shù)，駐波比(VSWR)與回波損耗(Return loss) 天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波。 如上圖所示為某天線和參考的理想點源天線的方向圖。這兩個相互正 4 交的平面稱之為主面，通常取為 E 面和 H 面。因此，天線方向圖又分為場強方向圖、功率方向圖、相位方向圖和極化方向圖。 天線的主要特性參量針對某一用途對天線進行設(shè)計，天線設(shè)計是否合理，對整個工程系統(tǒng)的質(zhì)量有很大影響，天線設(shè)計不好，將使整個系統(tǒng)無法工作。H 為磁場強度，單位為 A/m；為自由空間相移常數(shù)， 為自由空間波長。 本章小結(jié) 由于計算電磁學(xué)在電磁仿真中的應(yīng)用，本章主要介紹計算電磁學(xué)中的幾種重要的計算方法和幾種流行的電磁仿真軟件，最后介紹了本文所用的電磁仿真軟件 FEKO 和它的基本操作流程，為后面汽車電磁仿真做準備。(3)剖分 1 步中建立或?qū)氲侥Ｐ?按照每波長剖分 8 到 10 份的規(guī)則進行,局部細節(jié)可適當(dāng)加密網(wǎng)格。FEKO 的很多特有技術(shù)對 EMC 分析非常有效，比如：有多種方法可以模擬介質(zhì)體和磁性結(jié)構(gòu)、能有效處理真實地面、用多層介質(zhì)函數(shù)可以分析印刷電路板、特別善于處理電大尺寸問題的高頻混合算法、自適應(yīng)頻率采樣（AFS）技術(shù)特別適合于寬帶 EMC 分析等等。FEKO 中有兩種高頻近似技術(shù)可用，一個是物理光學(xué)（PO） ，另一個是一致性繞射理論（UTD） 。 可 以 為 用戶 提 供 完 整 的 系 統(tǒng) 級 和 部 件 級 的 數(shù) 值 仿 真 分 析 。邊界元法目前己用于求解平面電路問題、波導(dǎo)不連續(xù)性問題、多媒質(zhì)問題、開腔問題和電磁波散射問題等等。隨著吸收邊界條件的不斷改善，以及對各種非標準網(wǎng)格的劃分技術(shù)、計算量壓縮技術(shù)、抗誤差積累技術(shù)研究的深入，時域有限差分法日趨完善，其應(yīng)用面也趨于全方位。有限元法的優(yōu)點是適用于具有復(fù)雜邊界形狀或邊界條件、含有復(fù)雜媒質(zhì)的定解問題。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，已提出多種實用有效的求解麥克斯韋方程的數(shù)值方法，主要有矩量法、有限元法、有限積分法、和時域有限差分法等。著重介紹了數(shù)值計算中矩量法原理。ngmw理想的基函數(shù)應(yīng)具備以下特性：1．可以獲得高精度的解：2．可以容易地計算矩陣單元 ；mnl3．需要盡可能少的基函數(shù)與權(quán)函數(shù)數(shù)目以生成一個小的系數(shù)矩陣；4．矩陣 為良態(tài)矩陣。設(shè)方程和邊界條件仍為（241）式。例如在上面的簡單例題中，選擇權(quán)函數(shù)為基函數(shù)，就構(gòu)成了伽遼金計算模式。)(nx )(nxP? T（ ）nx?1x4x3x2x100 一維空間的分域基函數(shù)（脈沖函數(shù)，三角形函數(shù)）三角形函數(shù)是廣泛應(yīng)用的分段基函數(shù)，一維的三角形函數(shù)寫成 （250）???????01)(hxxTnn ???????)(hxn由圖可見：T（ ） ，當(dāng) n 不同時是線性無關(guān)的，但并非正交的。（2）分域基函數(shù)：系指不是在算子 L 定義域的全域上存在的，而僅僅是存在于算子定義域的各個分域上的函數(shù)?？傮w來說，基函數(shù)可以分為全域基和分域基兩大類；權(quán)函數(shù)可以分為全域權(quán)，分域權(quán)和點匹配，它們之間的不同組合便形成不同的方法。令 S(L(u))為 L(u)在函數(shù)空間中所覆蓋的線族，而 S(L( ))為 所覆蓋的線族， 為 所覆的ng)(nL)(nwS線族。設(shè)有一平行板電容，板 A，B 之間相距為 1，板間分布電荷為，x 沿垂直平板方向。 在函數(shù)空間中取一組基函數(shù) 對 u 進行展開，即ng U（x，y）= （234）),(1yxanN??應(yīng)當(dāng)注意，這里每項 都滿足算子方程的邊界條件。適合具體問題的 值稱為本征值，對應(yīng)于本征值的u基本波函數(shù)成為本征函數(shù)。求出 A 后電磁場量表示為 E= [A+ ▽▽它反映了從一種媒質(zhì)到相鄰的另一種媒質(zhì)過渡時，分界面上電磁場的變化規(guī)律。 麥克斯韋方程Maxwell 方程其微分形式為： ▽ ╳H=J + (21)tD? ▽╳E= (22)B ▽仿真分析車載半波陣子天線電參數(shù)受車體影響的情況，并對天線在車內(nèi)外產(chǎn)生的電場進行了討論，最終對天線安裝位置實現(xiàn)優(yōu)化。而且國外已研制出了大型的汽車電磁兼容預(yù)測、分析和設(shè)計軟件，推出多個技術(shù)平臺，涉及 MOM，F(xiàn)EM， FDTD，UTD/PO 和 Ray Tracing 等技術(shù)，國內(nèi)汽車電磁兼容性研究在標準法規(guī)、測試技術(shù)、設(shè)計預(yù)測等各個方面尚處于起步階段。歐洲各國 EMC 實驗室總計上百個 ,其它擁有大型汽車 EMC 實驗室的機構(gòu)有德國寶馬汽車公司、奧迪汽車公司、法國 U TAC、英國汽車工業(yè)研究會(MIRA)、意大利菲亞特等。對于目前 ,世界上汽車發(fā)達國家對汽車電磁環(huán)境研究已經(jīng)取得了一些成就 ,形成了一套汽車電磁兼容體系。這種散射場與天線直接激發(fā)的場共同構(gòu)成空間場。其中一種很有效方法就是天線布局優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。車載信息系統(tǒng)——汽車電磁環(huán)境建構(gòu)與分析摘 要針對汽車電磁環(huán)境的復(fù)雜性，本文討論了使用仿真軟件進行汽車電磁環(huán)境建構(gòu)與分析，主要面向汽車天線布局設(shè)計。車載信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，而汽車的空間有限及周圍的環(huán)境影響，使得通信系統(tǒng)所在的電磁環(huán)境十分惡劣，找到一種能在實際工程中方便有效的降低天線問干擾的方法十分重要。線天線作為車載衛(wèi)星、通信電子設(shè)備電磁能量的發(fā)射和接收端口，最有可能成為輻射干擾的干擾源和敏感體，車載平臺表面是金屬導(dǎo)體或可看作近似金屬導(dǎo)體，由于天線通常位于地面上或者附近有金屬導(dǎo)體，在天線激發(fā)的電磁場的作用下，地面或附近的金屬導(dǎo)體表面都要激勵起電流，而這種感應(yīng)電流也會在空間激發(fā)電磁場形成散射場或二次場。該領(lǐng)域涉及測試環(huán)境的可靠性， 電磁兼容暗室，浪涌沖擊試驗，干擾測試儀和 SAR 測試等； 2）電磁環(huán)境的仿真，該領(lǐng)域包括汽車結(jié)構(gòu)的幾何建模和求解器的開發(fā)和應(yīng)用等。測試整車的暗室尺寸為 m10 m6 m ,轉(zhuǎn)臺直徑 m ,軸距調(diào)整范圍為 2 000～3 700 mm。⑤確定電磁兼容計算機仿真的標準。建立逼真的適合電磁仿真計算的全尺寸車體模型。電磁場理論所研究的核心問題就是在特定的媒質(zhì)中，麥克斯韋方程組滿足邊界條件的解。對于線性和各向同性的媒質(zhì)，本構(gòu)關(guān)系為： D= E (25)? B= H (26)? J= E (27)? 邊界條件在電磁場中，空間往往分布著兩種或多種媒質(zhì)，對于兩種互相密接的媒質(zhì)，分界面兩側(cè)的電磁場之間存在著一定關(guān)系，稱為電磁場中不同介質(zhì)分界面上場量的銜接條件。 A =0 時，A 和 滿足???j?如下的非齊次亥姆霍茲方程： （▽ + ）A= J （517）2k?? （▽ + ） = （218）???由于 A 和 由洛倫茲規(guī)范相聯(lián)系，實際上只需要求解 A。分離常數(shù) ， ， 中只有兩個是獨立的，其取值由xkyz具體問題的邊界條件決定。 矩量法的基本原理 設(shè)有算子方程 L（u）=f （233）式中，L 為線性算子，算子方程或積分方程；f 是已知的源函數(shù)，代表一種激勵；u 是待求的場函數(shù)，這里，假定它們都只是二維平面上（x，y）的函數(shù)。wm 也應(yīng)該是線性無關(guān)的，并依賴 f 的性質(zhì)。矩量法的概念，可以由函數(shù)空間的理論來說明。取決于不同問題的特征，可以選取不同類型的基函數(shù)。有時，即使找到了合適的全域基函數(shù)，由于算子本身很復(fù)雜，再加上求積分變得更復(fù)雜，顯著增加了計算量，從而限制了全域基的應(yīng)用。但是注意到 的一階導(dǎo)數(shù)仍)(nxP?為廣義函數(shù)，在矩量法中中得出的系數(shù)矩陣為奇異陣，不可求逆，除非改變內(nèi)積的定義，使算子的定義域延拓，否則不能以 為基函數(shù)。權(quán)函數(shù) 的選擇mw不同類型權(quán)函數(shù)的選擇，將得到各種不同計算模式的矩量法。)(x?在討論點匹配的問題。因此，{ }和{ }必須各自線性無關(guān)。 本章小結(jié)對于電磁場仿真，有效使用這些軟件必須建立在對電磁場理論的深刻理解之上，只有對電磁理論和使用工具深刻了解，才能正確的使用電磁仿真軟件；本章系統(tǒng)地總結(jié)了與后續(xù)章節(jié)相關(guān)的基本理論,首先詳細的介紹了麥克斯韋方程組的求解過程，包括分離變量法，Green 函數(shù)法及數(shù)值方法中的矩量法。解析方法只能解決一些經(jīng)典問題，具體到復(fù)雜的實際環(huán)境，往往需要通過數(shù)值解得到具體環(huán)境中的電磁波特性。它是基于體積離散的技術(shù)，主要用于頻域。由它所得的結(jié)果應(yīng)該是“完備’ ’的矢量場，由此算出的三維電磁場也應(yīng)該是“精確的。另外，邊界元法還易于處理無界場問題。CST 是 德 國 CST 公 司 推 出 的 高 頻 三 維 電 磁 場 仿 真 軟 件 ， CST 工 作 室 套 裝?是 面 向 3D 電 磁 場 、 微 波 電 路 和 溫 度 場 設(shè) 計 工 程 師 的 一 款 最 有 效 、 最 精 確 的專 業(yè) 仿 真 軟 件 包 ， 共 包 含 七 個 工 作 室 子 軟 件 ， 集 成 在 同 一 平 臺 上 。在此之前，求解此類問題只能選擇高頻近似方法。(4)EMC/EMI 分析：EMC/EMI 分析的涵蓋范圍非常廣泛，F(xiàn)EKO 適用于系統(tǒng)級的高頻EMC/EMI 計算，前面提到的天線布局分析實際上就可以完成天線系統(tǒng)的 EMC 計算。(2)幾何模型上設(shè)定要激勵的端口,用于后面得到相應(yīng)的網(wǎng)格模型中的端口,從而在網(wǎng)格端口上設(shè)定激勵方式。(8)重新進入或返回 POSTFEKO,顯示并查看近場遠場等結(jié)果。設(shè)細線電流段位于無限大的自由空間內(nèi)，若單元偶極子中的電流為 （41）)cos()(????tItim由電磁場原理知道，在球坐標系中，電基本振子的電磁場如公式所示： （42）0rH （43）?