一種寬帶圓形陣列天線的矩量法分析

摘要：利用矩量法對(duì)寬帶圓形陣列天線的互耦特性進(jìn)行分析。為了對(duì)較粗線天線進(jìn)行精確分析，矩量法采用正弦差值基函數(shù)與點(diǎn)配法，并采用全域線天線積分核計(jì)算Pockllngton方程，得到天線的廣義散射矩陣，實(shí)現(xiàn)互耦分析。為了驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果，對(duì)所設(shè)計(jì)陣列天線進(jìn)行了CST軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。仿真和測(cè)試結(jié)果表明：矩量法計(jì)算與CST仿真結(jié)果基本相同，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果在主波束方向、主波辯寬度、副辯電平等特性上與計(jì)算和仿真結(jié)果近似一致，說(shuō)明此方法能夠有效的對(duì)寬帶陣列天線進(jìn)行互耦分析。
關(guān)鍵詞：寬帶圓形陣列天線；互耦；矩量法；Pocklington方程

0 引言
在眾多的對(duì)線天線及線天線陣分析方法中，矩量法以其計(jì)算精度高、計(jì)算速度快、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。通常利用矩量法分析陣元間互耦時(shí)將陣元近似為細(xì)線模型，此時(shí)線天線電流近似沿振子軸線流動(dòng)，這種分析方法在陣子半徑r0．01λ時(shí)可以取得較為精確的計(jì)算結(jié)果，然而，當(dāng)天線振子的尺寸比較大時(shí)，利用此方法就會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。
為實(shí)現(xiàn)較粗振子間的互耦分析，在矩量法的基礎(chǔ)上，文中提出了一種能夠精確建模分析較粗線天線的方法。該方法采用正弦差值基函數(shù)與點(diǎn)匹配法，對(duì)Pocklington方程的計(jì)算采用全域線天線積分核，以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的精確分析。為驗(yàn)證該分析方法的正確性，文中就此設(shè)計(jì)陣列天線分別進(jìn)行了仿真和測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。

1 基于正弦差值基函數(shù)與點(diǎn)配法的矩量法
在線天線矩量法的計(jì)算中，基函數(shù)的選取對(duì)實(shí)現(xiàn)天線快速分析具有很大的影響，本文采用如下形式的基函數(shù)：

式中，zn是第n個(gè)分段的中點(diǎn)，△n是該分段的長(zhǎng)度，An，Bn，Cn是3個(gè)未知量，將其中的一個(gè)作為待求變量，利用電流、電荷連續(xù)性方程可將另外兩個(gè)變量的表達(dá)式求出。由于該基函數(shù)能夠很好地模擬天線的實(shí)際電流，因此使用該基函數(shù)能夠獲得較快的收斂特性。
圖1所示，為較粗線天線的矩量法模型。

將(1)式表達(dá)的電流代入Pocklington方程，采用點(diǎn)配法得到如下公式：