一种研究探针馈电重叠圆柱共形微带天线性能的新算法研究

【摘要】本文在圆柱坐标系下通过MAXWELL方程，将三维问题转换为一维问题，产生相应控制方程。利用时域特征线算法（characteristic-based time domain method）计算了探针馈电重叠圆柱共形微带天线的输入阻抗和辐射方向图。本文特点是数值计算误差小，与传统算法相比，缩短了计算时间。计算结果与FDTD算法结果吻合良好，证明了本文理论与数值模型的可行性和精确性。

【关键词】微带天线时域特征线算法FDTD输入阻抗方向图

一、引言

微带天线以其低剖面、重量轻、尺寸小、制造成本低、易于和载体共形和易于与微波集成电路进行一体化设计等优点在航空、航天、通信及遥感、医疗等领域得到了广泛应用。圆柱共形微带天线是曲面共形天线中的一种较为常见和简单的情形，对于它的研究在平面结构天线与任意曲面共形天线之间起到承前启后的作用。

二十世纪初，时域特征线算法被J. S. Shang等人成功引入计算电磁学领域。研究表明，时域特征线算法有很多的优点，比如：（1）对于给定的初值问题的特征方程可以自然满足边界条件；（2）为了更好地反映电磁波传输的规律，采用逆风差分格式划分空间网格，即对负特征值采用前向差分，对正特征值用后向差分；（3）此算法不需要吸收边界条件，自动减弱不需要的反射波。

本文利用时域特征线算法研究了探针馈电重叠圆柱共形微带天线性能。在分析过程中，空间和时间域中的差分格式均采用二阶精度。通过与FDTD算法结果进行比较，验证了输入阻抗和辐射方向图等天线性能计算的可靠性和准确性。

二、时域特征线算法基本理论

2.1产生矢量控制方程

本文直接计算圆柱坐标系中的Maxwell方程，避免了通过直角坐标系转换，从而减小了计算误差。具体而言，自由空间时域电磁场Maxwell方程在圆柱坐标系下可写成如下矢量形式，即

2.3考虑边界条件

在分析重叠圆柱共形微带天线中，边界条件有两个，即完纯导电边界条件（PEC）和计算域与外部空间兼容边界条件。

四、结论

本文用时域特征线算法分析了探针馈电重叠圆柱共形微带天线的近远场特性，在输入阻抗和方向图的计算中使用了GPOF方法，计算实例表明，本文所采用的方法具有很好的精度和稳定性，与FDTD得到的结果相比吻合良好。

参考文献

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