物理光學(xué)方法在預(yù)測線天線輻射模型中的應(yīng)用

程仲伯

摘 要：在通訊行業(yè)，天線的基本理論的應(yīng)用比較廣泛，數(shù)學(xué)與物理運(yùn)算方法可以分析出導(dǎo)線構(gòu)成的天線或者天線陣等與之相關(guān)的問題。基于此，論文主要對物理光學(xué)方法在預(yù)測線天線輻射模型中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：線天線輻射模型；物理光學(xué)方法；應(yīng)用

引言

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對天線輻射模型的研究也越來越深入。物理光學(xué)方法的應(yīng)用，能夠提高輻射預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，為天線輻射預(yù)測工作的開展提供技術(shù)保障。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加大預(yù)測方法的研究力度，為天線輻射研究工作的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、物理光學(xué)分析法

在物理光學(xué)中，認(rèn)為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎(chǔ)上，研究光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如光的干涉、光的衍射、光的偏振等物理現(xiàn)象，進(jìn)而研究這些規(guī)律和現(xiàn)象的應(yīng)用。它是一門經(jīng)典理論與近代技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。在傳統(tǒng)分析過程中常用的分析方法是矩量法。它能夠?qū)渭兊姆e分方程轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的矩陣方程，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)運(yùn)算程序的幫助下，得出包括線天線電流分布情況在內(nèi)的預(yù)測數(shù)值。然后再對該簡化式子進(jìn)行包括展開、代入以及加權(quán)在內(nèi)的一系列運(yùn)算，得到該積分方程相對應(yīng)的逆矩陣方程。其分析原理如下：

第一，假定一般形式的積分方程為L（u）=g，在這一積分方程中，u為我們需求的函數(shù)，如電流，L為積分算子，而g為我們已知的激勵源函數(shù)，若選擇一組基數(shù)函數(shù)f1，f2，……，fN來展現(xiàn)未知函數(shù)u：u=a1f1+a1f2+……+aN fN=

其中為未知系數(shù)向量，為其展開的函數(shù)向量，將積分方程展開后得到的、為：=a1，a2，……，aN；=f1，f2，……，fN

將兩者代入積分方程得到如下結(jié)果：anL（fn）=g

然后對該式進(jìn)行加權(quán)：

an=m=1，2……，M

利用算子的線性及內(nèi)積的性質(zhì)將加權(quán)后的公式轉(zhuǎn)化為矩陣方程：[an]=a1

a2

·

aNgm

·

[lmn]=[；；]

[；；]

……

[；；]

為了簡化計(jì)算基函數(shù)采用矩形脈沖函數(shù)，權(quán)函數(shù)采用了δ（沖擊）函數(shù)。得到電流的系數(shù)向量后，便可求得遠(yuǎn)區(qū)場如下：

（）=-w[Aθ（）+A（）?]=-wA（） （θ^θ^+?^?^）

需要注意的是在由逆矩陣求解未知函數(shù)（電流）的過程中，基函數(shù)與權(quán)函數(shù)的取舍問題。

第二，物理光學(xué)作為高頻近似分析方法的一種，其最大的特點(diǎn)在于將光視作了一種電磁波形式。該方法在應(yīng)用過程中需理論時就不得不做出以下兩種假設(shè)：第一，感應(yīng)電流只存在于入射波直接照射區(qū)域內(nèi)的物體表面；物體感應(yīng)電流特性與入射點(diǎn)同物體表面形成的電流特性是一致的。假定一導(dǎo)體存在于自由空間當(dāng)中，其表面入射場與反射場相對于感應(yīng)電流的磁場關(guān)系如圖1所示。

由圖1所示，將整個散射體看作一個電大尺寸，能夠得到有關(guān)該導(dǎo)體表面感應(yīng)電流的近似分布值。通常情況下，感應(yīng)電流的近似值會與導(dǎo)體總磁場、散射磁場及激勵磁場等保持一定的比例關(guān)系。一般來說，這種感應(yīng)電流的近似值能夠與該導(dǎo)體總磁場、散射磁場以及激勵磁場保持一定的比例關(guān)系。將感應(yīng)電流簡化為已知之后，可以進(jìn)一步推導(dǎo)出該導(dǎo)體散射場的函數(shù)取值。

二、物理光學(xué)在預(yù)測線天線輻射模型的應(yīng)用案例

為了保證天線輻射模型預(yù)測結(jié)果，文章提出了一個新模型MOMTD/FDTD混合方法，混合方法的使用首先是將整個目標(biāo)區(qū)分成MM區(qū)和PO區(qū)，其上電流分布分別為JMM和JPO，在MM區(qū)，電流滿足電場積分方程FDTD則比較適合應(yīng)用在模擬電磁波在一些復(fù)雜電磁環(huán)境之中的傳播問題，對于散射體以及天線之間出現(xiàn)的直接耦合等問題，也要求將其考慮在范圍內(nèi)，進(jìn)而需要對其做好仿真計(jì)算。并且，由于此混合方法作為時域方法，同時計(jì)算以時間的逐步推進(jìn)而推進(jìn)，通過一次計(jì)算就可以得到寬頻帶的具體范圍。利用該方法可以得到以下兩個方程：

[Lr（J+Lr（J）]=-）] f（）=（）+Lh（J）

隨著MO-MTD時間的逐步推進(jìn)，就可以獲得在每一個時間離散點(diǎn)之上天線的具體電流分布情況。由于色散煤質(zhì)的電磁參數(shù)會根據(jù)電磁波的具體電磁波頻率之間的具體的變化發(fā)生而變動。對于寬頻帶電磁波和同色煤質(zhì)之間的實(shí)際作用，要求對數(shù)值做好仔細(xì)研究。一半波陣子放于距離方板（5λ×5λ）為0.2λ處，計(jì)算該線面結(jié)構(gòu)的散射場，如圖2所示。選擇線天線為MM區(qū)，平板為PO區(qū)，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

可見，使用MM-PO弱耦合技術(shù)能達(dá)到很好的預(yù)測效果。

三、結(jié)語

綜上所述，在線天線輻射模型預(yù)測過程中，物理光學(xué)方法的應(yīng)用能夠提高計(jì)算速度，本文對這種計(jì)算方式進(jìn)行了簡要分析與說明，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開展提供一定的意見與建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁皓.迭代物理光學(xué)加速及改進(jìn)方法研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2015.