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矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础

(2012-03-17 12:21:45)
标签:

杂谈

分类: 计算电磁场的矩量法

这次详细给出用矩量法用MATLAB对接收天线进行建模,本文依据《通信天线建模与MATLAB仿真技术》。

一、理论基础

电场波打在天线上,天线表面形成表面电流,表面电流引发散射场

                      http://s15/middle/6fd9615dxbb5a52758c8e&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                         (1)
其中:
                 http://s6/middle/6fd9615dxbb5a52738885&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                    (2)
                http://s2/middle/6fd9615dxbb5a528051b1&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                   (3)
根据电场边界条件:
                     http://s1/middle/6fd9615dxbb5a529542e0&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                           (4)


         http://s5/middle/6fd9615dxbb5a52a10d84&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                (5)

这里入射电场是已知的,矢量位和标量位都可以用天线表面电流来表示,所以(5)式中只有J是未知量。

这里采用RWG基对天线进行剖分,采用伽略金方法进行检验。

RWG基元为:
http://s1/middle/6fd9615dxbb5a529d0dd0&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />
基函数为:

             http://s13/middle/6fd9615dxbb5a52c13c0c&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />          (6)

所以天线的表面电流为:

                         http://s1/middle/6fd9615dxbb5a52cf3f00&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />

所以对(5)式用fm检验得:

              http://s7/middle/6fd9615dxbb5a53d01146&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                (7)
RWG基有如下性质,下面的式子在推倒过程中会用到           
         http://s15/middle/6fd9615dxbb5a52beb70e&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />            (8)  

所以可以推倒出下面式子:
               http://s1/middle/6fd9615dxbb5a52e9f260&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />               (9)

            http://s6/middle/6fd9615dxbb5a52e78ba5&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />(10)

 

             http://s7/middle/6fd9615dxbb5a53c327e6&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />            (11)

所以(7)式变为:

        http://s16/middle/6fd9615dxbb5a53d5b47f&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />    (12)

把矢量位和标量位用基函数表示后代入(12)式得:

                           http://s14/middle/6fd9615dxbb5a540f243d&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                                     (13)

其中
        http://s12/middle/6fd9615dxbb5abd2df8ab&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />    (14)
             http://s9/middle/6fd9615dxbb5abd64efc8&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                 (15)

        http://s4/middle/6fd9615dxbb5abd5ffd53&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />      (16)

                     http://s12/middle/6fd9615dxbb5abd72876b&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                              (17)

                    http://s12/middle/6fd9615dxbb5abdbd523b&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                (18)
这里的积分采用《通信天线建模与MATLAB仿真技术》中的处理方式:对任意三角形应用质心切分法。应用“三分之一”规则,将下图中的任意原始三角分割为9个相同的子三角。进一步假设,被积函数在每个子三角上为常数,那么,函数g在原始三角Tm上的积分等于:

                      http://s11/middle/6fd9615d4bb5ad3acacaa&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                (19)
                  http://s10/middle/6fd9615d4bb5ad3b26149&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />
整理后
http://s9/middle/6fd9615d4bb5bb89161d8&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />(20)
这里把Zmn分成第m个边远的正三角形对矩阵的贡献和负三角形对矩阵的贡献,m表示检验边远。相当于对天线上的所有三角形进行循环时,如果检验三角形是所在的边元的正三角形,则对Z矩阵的贡献是Zmn+,如果检验三角形是所在的边元的负三角形,则对Z矩阵的贡献是Zmn-,文献Electromagnetic Scattering by Surfaces of Arbitrary Shape中认为循环三角形比循环边元速度快,所以采用上述的办法。

 I是电流参数,V

                  http://s9/middle/6fd9615dxbb5abd3ec718&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                   (21)    

其中:
                              http://s8/middle/6fd9615dxbb5abd706547&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                                      (22)
                         http://s15/middle/6fd9615dxbb5abd8b59be&690理论基础" TITLE="矩量法天线建模(一)表面电流 理论基础" />                            (23)
把Z和V代入(13)式,得出电流系数I 

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