【正文】 邊界條件 .............................................10 波動(dòng)方程 .............................................10 電磁場的位函數(shù) .......................................10 麥克斯韋方程的基本解法 ........................................................................11 分離變量法 ...........................................11 格林函數(shù)法 ...........................................12 矩量法 ........................................................................................................13 矩量法的基本原理 ......................................13 基函數(shù)和權(quán)函數(shù)的選擇 .................................16 本章小結(jié) ....................................................................................................19第 3 章 汽車電磁環(huán)境仿真技術(shù)的討論 ....................20 計(jì)算電磁學(xué)的主要方法 ............................................................................20 矩量法 ...............................................20 有限元法 .............................................20 時(shí)域有限差分法(FDTD) .................................21 邊界元法 .............................................21 電磁場仿真軟件介紹 ................................................................................21 電磁場分析軟件 FEKO 概述 ...................................................................22 FEKO 概述 ............................................22 主要功能 .............................................23 典型應(yīng)用 .............................................23 FEKO 基本操作過程 .................................................................................24 本章小結(jié) ....................................................................................................24第 4 章 線天線電磁特性 ................................25 天線的輻射機(jī)理 ........................................................................................25 天線的主要特性參量 ................................................................................26 單極半波振子仿真 ....................................................................................31 本章小結(jié) ....................................................................................................34第 5 章 汽車天線的電磁仿真 ............................35 汽車車載天線的電磁兼容問題 ................................................................35 車載天線的仿真與分析 ............................................................................35 汽車天線的布局分析 ................................................................................38 結(jié)論 ............................................................................................................44 本章小結(jié) ....................................................................................................44第 6 章總結(jié) ...........................................456．1 主要工作及成果 .....................................................................................456．2 需要進(jìn)一步研究的問題 .........................................................................45第 1 章緒論本章主要介紹論文的研究背景及國內(nèi)外情況，研究內(nèi)容及其應(yīng)用意義，最后，介紹論文的結(jié)構(gòu)安排。論文主要將數(shù)值仿真技術(shù)貫穿使用于車載天線布局設(shè)計(jì)和天線相關(guān)問題的研究中去，這種方法屬于電磁環(huán)境仿真方法，具有計(jì)算快，成本低，參數(shù)修改方便，可以反復(fù)計(jì)算等突出優(yōu)點(diǎn)，在車載天線系統(tǒng)定性前可以通過仿真發(fā)現(xiàn)潛在的問題，提出優(yōu)化的改進(jìn)方案，因此是一項(xiàng)有很高經(jīng)濟(jì)效益的工程技術(shù)方法．1．2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)，車載通信系統(tǒng)，車載娛樂系統(tǒng)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)救助系統(tǒng)和車體控制系統(tǒng)的應(yīng)用， 汽車電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜。 此外，第三方測試認(rèn)證機(jī)構(gòu)、汽車研究機(jī)構(gòu)等也都開展了汽車電磁兼容方面的研究 ,并相繼建立了自己的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。②確保計(jì)算機(jī)仿真科學(xué)性。1．3 本文主要研究內(nèi)容根據(jù)查閱的文獻(xiàn)和前人的工作，本論文擬以“車載信息系統(tǒng)（Telematics）汽車電磁環(huán)境建構(gòu)與分析”為題進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究工作：深入學(xué)習(xí)電磁場基本原理，包括麥克斯韋方程組及麥克斯韋方程的解法，為下一步的仿真研究奠定基礎(chǔ)。 第 2 章 電磁場理論電磁場就是指靜止電荷和運(yùn)動(dòng)電荷在它們周圍空間的效應(yīng)。 本構(gòu)關(guān)系麥克斯韋方程組中沒有牽涉到電磁場在媒質(zhì)中所呈現(xiàn)的性質(zhì)，是一種非限定的形式，并未確定 B 和 H，D 和 E 及 J 和 E 之間的限定關(guān)系。(D D )= s?式中 n 是由媒質(zhì) 1 指向媒質(zhì) 2 的分界面上的單位法向矢量，J 和 分別是s?分界面上的傳導(dǎo)面電流密度和面自由電荷密度。直角坐標(biāo)系中的分離變量法直角坐標(biāo)系中的亥姆霍茲方程時(shí) （221）0222 ??????kzyx令 ，可得三個(gè)分離變量的方程)()(zZyYX??， ， （222）02???kx02???Yky02???Zkzz分離參數(shù)必須滿足方程 （223）2zx上式稱為分離方程，而式（222）稱為諧方程，諧方程的任何解稱為諧函數(shù)，表示為 。 如果時(shí)諧場中電磁場 E， H，矢量位 A 等滿足非齊次亥姆霍茲方程，如果用標(biāo)量波函數(shù) 代表矢量函數(shù)的某一坐標(biāo)分量，則電磁場(?的一般問題可歸納為求解下列非齊次亥姆霍茲方程： （227）)()22rfkr???為了求解該方程，引入滿足下列方程的格林函數(shù) ：).(rG? （228）),(),(22rkrG???????用 乘以上式并在包圍源的體積 v 內(nèi)積分，在引用第二格林定理得).(rG? （2sdnrrrvdrfsv ????????????? ?)],()(),([)(,)( ??29）在無界空間，當(dāng) 滿足輻射條件時(shí)，上式簡化為? （230）?????vdrfGrv)(,)(三維自由空間的格林函數(shù)為 （231） rerjk??????4),()(將以上結(jié)果用于矢量位 A 的方程，可求得 A 的三個(gè)直角坐標(biāo)分量的解，將三個(gè)分量合成，既得矢量位 A 在無界空間的解 （532）???????????vdreJvdrJGrAjkvv )()4)(,)( ??? 矩量法矩量法（MoM）是一種求解泛函方程的普遍方法，它即適用于求解微分方程，又適用于求解積分方程。但是對于實(shí)際問題，只要求有一定ng的準(zhǔn)確度，因此對于近似解僅使 N 為有限的。在算子 L 的定義域內(nèi)選擇一組權(quán)函數(shù) ，它是在 L 值域的全域上mw,.21存在的一組權(quán)函數(shù)，這里取權(quán)函數(shù)等于基函數(shù)有 （244）1???mxw因此 由（238）式 ，有 1)]()[(),(10 121 ????????? nmdxxdxgLl nmmnmn )4)(2(38)()4(, 1102???wff通過矩陣求逆，由（239）式可得到展開系數(shù)為（1）若 N=1 時(shí)， ，由式（233）式，得1? （245） )(0)(2xxu???（2）若 N=2 時(shí)， ， ，于是132 （246）321)(xxx（3）若 N=3 時(shí)， ， ， ，于是21??03?? （247）4265)(xxux??顯然，當(dāng) N=3 時(shí)已得到了電位分布的精確解。因此取內(nèi)積有： xfF???yf???這個(gè)概念可以簡單地說明矩量法。 sin nan馬克勞林級數(shù)： =gx勒讓德多項(xiàng)式： 等。一維的脈沖函數(shù)可以寫成 （249）????????)21(,0,)(hxxPnn式中 h 是在 0≤x≤1 中等間隔的長度。這樣，離散的節(jié)點(diǎn)值的變化將只直接影響到與其相銜接的分域，從而保證了當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)遞增時(shí)插值過程的數(shù)值穩(wěn)定性。w為了減小這一困難，可以應(yīng)用 離散化的概念你。但是，我們看到這種方法有典型意義，對于高階解，均勻分割的匹配點(diǎn)，能得到較好的結(jié)果，而且矩量法隨著 N 的增大，能給出更為滿意的計(jì)算精度。其優(yōu)點(diǎn)是：N 的數(shù)目通常較小，但其最大缺點(diǎn)是計(jì)算系數(shù)矩陣 極為困難。復(fù)雜環(huán)境中電磁場的分析與計(jì)算在很多電子與電氣工程領(lǐng)域具有重要的指導(dǎo)意義。但矩量法的缺點(diǎn)是計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致非常大的病態(tài)矩陣，占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存較大，大矩陣求逆過程非常費(fèi)時(shí)，而且積分方程由特定電磁問題導(dǎo)出，不具有通用性。 時(shí)域有限差分法(FDTD)時(shí)域有限差分法以差分原理為基礎(chǔ)，直接從 Maxwell 方程出發(fā)，將其轉(zhuǎn)換為差分方程組，在一定體積內(nèi)和一段時(shí)間上對連續(xù)電磁場的數(shù)據(jù)取樣。 邊界元法 邊界元法可以理解為邊界積分法的混合技術(shù)，即由格林恒等式把波動(dòng)方程轉(zhuǎn)變成感興趣域邊界上的積分方程，然后通過利用類似有限元法中應(yīng)用的離散化過程并行求解。 HFSS 是 Anosoft 公司推出的三維電磁仿真軟件，該軟件提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面，精確自適應(yīng)的場解器，擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大的后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的 s 參數(shù)和全波電磁場。 電磁場分析軟件 FEKO 概述 FEKO 概述本文所用的是將矩量法、物理光學(xué)(PO)和一致性幾何擾射理論(UTD)相結(jié)合的 FEKO 軟件。 主要功能(1)電大問題的求解：FEKO 通過 MLFMM、MoM/PO、MoM/UTD 從算法上提供了電大問題求解的途徑；(2)豐富的求解器選擇：FEKO 提供多種核心算法，矩量法（MoM） 、多層快速多極子方法（MLFMM） 、物理光學(xué)法（PO） 、一致性繞射理論（UTD） 、有限元（FEM） 、平面多層介質(zhì)的格林函數(shù)，以及它們的混合算法來高效處理各類不同的問題；(3)優(yōu)化功能：FEKO 提供了離散點(diǎn)計(jì)算方法、單純形方法、共軛梯度法、準(zhǔn)牛頓法等多種優(yōu)化方法；(4)快速寬頻響應(yīng)計(jì)算：FEKO通過