【文章內(nèi)容簡介】 ，只有當(dāng)線天線為無限長時(shí)才能求得；奇異性展開法：主要是用復(fù)頻率平面上的奇異性展開來表示線天線的時(shí)域響應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用脈沖源激勵(lì)的天線或散射體的瞬變響應(yīng)主要由一些衰減的正弦型響應(yīng)組成，而每個(gè)響應(yīng)的特征是用拉普拉斯變換復(fù)頻率平面上的一個(gè)極點(diǎn)或一對極點(diǎn)來表示。天線或散射體在這些極點(diǎn)附近的頻率有很大的電磁響應(yīng)。這就引出了奇異性展開法。寬頻帶的脈沖激發(fā)了這些極點(diǎn)，后者則是天線或散射體自由振蕩的解。自然模的波形與源脈沖波形無關(guān)，但其復(fù)振幅系數(shù)（稱為耦合系數(shù)或諧振強(qiáng)度）卻與源函數(shù)有關(guān)。時(shí)域有限積分法是根據(jù)麥克斯韋方程和邊界條件建立的電磁時(shí)空積分方程。將所分析的目標(biāo)和待求響應(yīng)在時(shí)間、空間上離散化，按照時(shí)序可以得到目標(biāo)響應(yīng)的離散解。此方法可以很好的解決線性結(jié)構(gòu)目標(biāo)的瞬態(tài)散射與輻射問題，但是用于分析面、體目標(biāo)時(shí)，選擇合適的基函數(shù)比較困難，難以建立合適的空間離散模型，計(jì)算誤差較大，并可能由于誤差積累而導(dǎo)致發(fā)散。關(guān)于算法的穩(wěn)定性和處理是該算法的研究重點(diǎn)。利用時(shí)域有限差分法分析電磁場時(shí)，首先將計(jì)算空間劃分成有限網(wǎng)格，每一電場分量由四個(gè)磁場分量環(huán)繞，每一磁場分量亦由四個(gè)電場分量環(huán)繞，這種劃分方法滿足麥克斯韋旋度方程的結(jié)構(gòu)形式，適合旋度方程在空間進(jìn)行差分運(yùn)算，而且可以恰當(dāng)?shù)孛枋鲭姶挪ㄔ诳臻g的傳播過程。將麥克斯韋旋度方程在上述空間網(wǎng)格和時(shí)間上進(jìn)行離散，用下面的符號來表示任意場分量F在點(diǎn)(x，y，z，t)的值：F(x，y，z，t)→F(i△x，j△y，k△z，n△t)→Fn(i，j，k)式中：△x，△y，△z分別是x，y，z方向上的空間網(wǎng)格步長；△t是時(shí)間步長；i，j，k為整數(shù)，因此可用具有二階精度的差分運(yùn)算來替代微分運(yùn)算。為了便于計(jì)算編程，空間和時(shí)間的編號為整數(shù)值，可得到無源區(qū)麥克斯韋旋度方程式(),其各分量的迭代公式見式()～式()： （） （） （） （） （） （） （）式中：為介質(zhì)中的波阻抗；△τ=v△t為一個(gè)時(shí)間步長波在空間走過的距離；為介質(zhì)中波的相速，其中ε為媒質(zhì)的介電常數(shù)，μ為媒質(zhì)的磁導(dǎo)率。采用數(shù)值計(jì)算空間總是有限的。為了在有限空間中計(jì)算電磁場量，需要對有限空間的周圍邊界做特殊處理。線天線理論對一根細(xì)線天線來說是有效的，但對耦合線天線或線天線陣來說，只有線天線的積分方程理論適用。60年代矩量法應(yīng)用于電磁場方面之后，線天線的理論計(jì)算得到很大發(fā)展。借助電子計(jì)算機(jī)，矩量法應(yīng)用于線天線的積分方程理論計(jì)算，解決了和正在解決許多過去無法解決的線天線問題。純數(shù)值法是將線天線或線天線陣的導(dǎo)線分割成許多小段，每段上的待求電流假設(shè)是均勻的，然后將積分方程或積分方程組中的積分化為有限求和，從而得到與小段數(shù)目相等的代數(shù)方程組，然后用電子計(jì)算機(jī)求解，得出每一小段的電流，從而得到電流分布。 單極天線的輻射機(jī)理從理論上可以將半徑為r的圓片單極結(jié)構(gòu)近似等效為高l半徑a的短圓柱振子。等效模型如圖210所示。其下限頻率的確定方法是，將圓面積等效為短圓柱振子的表面積，將圓片直徑2r等效為圓柱振子的高度l，即，短圓柱振子的高度l與波長的對應(yīng)關(guān)系為：，其中：。 短單極子等效模型則圓片單極天線的最低諧振頻率為：f=。天線存在于一個(gè)由波束范圍、立體弧度、平方(角)度和立體角所構(gòu)成的三維世界中。天線與整個(gè)空間耦合，并且具有一個(gè)用開爾文度量的溫度。無線電天線可以被定義為一種附有導(dǎo)行波與自由空間波互相轉(zhuǎn)換區(qū)域的結(jié)構(gòu)。天線將電子轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾?發(fā)射天線)，或?qū)⒐庾愚D(zhuǎn)變?yōu)殡娮?接收天線)。不論具體形式如何，天線都基于有加或減速電荷產(chǎn)生輻射的共同機(jī)理?；据椛浞匠虨椋? （）式（）中 I=時(shí)變電流，A/s L=電流元的長度，m Q=電荷，C V=速度的時(shí)間變化率，即電荷的加速度，m/s因而，時(shí)變電流輻射即加速電荷輻射。對于穩(wěn)態(tài)簡諧振蕩，我們通常關(guān)注其電流；對于瞬態(tài)簡諧振蕩或脈沖，則關(guān)注電荷。輻射的主要方向垂直于加速度，輻射功率正比于（或）的平方。天線的作用是將發(fā)射機(jī)送來的高頻電流(或?qū)Р?變換為無線電波并傳送到空間；將空間傳來的無線電波轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮諜C(jī)能夠傳送的高頻電流。因此，天線是一個(gè)導(dǎo)波和輻射波的變換裝置，即能量轉(zhuǎn)換器件。由于時(shí)變電流能輻射電磁波，因而天線也被稱為輻射源。但要產(chǎn)生有效的輻射或接收，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)開放系統(tǒng)。為了有效地將能量從發(fā)射機(jī)饋送到天線，或?qū)⒖臻g電磁波轉(zhuǎn)換成高頻電流(或?qū)Р?送至接收機(jī)，需要解決如下三個(gè)問題：第一，有效地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，提高輻射功率或提高天線系統(tǒng)的信噪比。天線作為傳輸線的終端負(fù)載，要求天線與傳輸線匹配；第二，天線作為一直輻射或接收器件，應(yīng)具有向所需方向輻射無線電波的能力；第三，天線作為極化器件分為線極化、圓極化和橢圓極化三種。同一系統(tǒng)中收、發(fā)天線應(yīng)具有相同的極化形式，若不一致，則產(chǎn)生極化失配。 天線的輻射參數(shù)天線的特性參數(shù)包括輸入阻抗、輻射方向圖、增益、駐波比、和頻率帶寬、方向性系數(shù)和極化等等。其中，阻抗特性和方向圖特性是對單極天線比較重要的參數(shù)。下面簡單介紹一下這幾個(gè)參數(shù)。1. 輸入阻抗天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會(huì)減小從天線進(jìn)入饋線的有效信號功率。因此，必須是天線的電抗分量盡量為零，是天線的輸入阻抗為純電阻。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻并且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個(gè)參數(shù)來衡量即反射系數(shù)、行波系數(shù)、回波損耗和駐波比。四個(gè)參數(shù)之間有一定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個(gè)純出于習(xí)慣。2. 駐波比天線的駐波比是表示天線與饋線(收發(fā)信機(jī))匹配程度的一個(gè)指標(biāo)。駐波比的定義為： （），是饋線上的波節(jié)電壓。駐波是由于傳輸線到天線輸入端的入射波能量未被全部吸收(輻射)，產(chǎn)生反射波，入射波與反射波疊加而形成的。駐波比(VSWR)越大，反射越大，匹配越差。3. 增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場強(qiáng)的平方之比，即功率之比。根據(jù)選擇的不同比較標(biāo)準(zhǔn)，其增益不同。天線有兩種增益，即絕對增益與相對增益。本文中由仿真軟件HFSS仿真輸出的是IEEE定義的增益，即只考慮實(shí)際被天線吸收的信號功率，沒有反映天線輸入端口與饋線的匹配情況。絕對增益只決定于天線的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)riss方程中采用的增益便是絕對增益。通過觀察天線的輻射方向圖，可以判斷天線的增益，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。4. 輻射方向圖天線在空間不同方向輻射功率的強(qiáng)度是不同的，為了描述這種特性引入方向圖。天線的輻射方向圖(簡稱方向圖)是天線的輻射參量隨空間方向變化的圖形表示。所謂輻射參量包括輻射的功率通量密度、場強(qiáng)、相位和極化。在通常情況下，輻射方向圖在遠(yuǎn)區(qū)測定，并