接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真

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1、2015年10月第41卷第10期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics0ctober2015V01．4lNo．10http：f}bhxb．buaa．edu．en、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0212接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真何芒+，刘金波，王斌斌，徐晓文，章传芳，孙厚军(北京理工大学信息与电子学院，北京100081)摘要：针对接收模式下电大尺寸的天线．天线罩系统电磁特性分析问题，提出了一种全波法和高频法结合的混合算法

2、：积分方程／修正型表面积分+多层快速多极子(IE／MSI+MLFMA)方法．该方法将由高频方法MSI得到的天线罩内场分布作为天线阵列的激励场，再利用基于体．面混合积分方程(VSIE)和MLFMA的快速全波分析方法精确计算天线阵；同时应用球谐函数展开、预处理技术、混合并行等技术进一步改进算法的计算效率．同传统的全波数值法相比，该方法在保证计算精度、满足工程需要的前提下，解决了求解计算时间长、计算效率低的问题，实现了对电大尺寸天线一天线罩系统的快速、高效仿真．关键词：加罩天线系统；体一面混合积分方程(VSIE)；表面积分；多层快速多极子算法(MLFMA)；球谐函数展开；并行计算中图分类号：V

3、219；TN958．92文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)10—1792-09现代天线系统中，天线罩在保护天线免受外界环境干扰的同时，也会影响到天线本身的电性能，如主瓣展宽、波束指向偏移、副瓣升高等⋯．因此，对带罩天线系统电磁特性分析的研究，不仅具有较高的理论价值，更具有重要的现实意义．对于电中小尺寸的天线一天线罩系统，全波数值法可以精确高效地得到仿真结果．但是，工作于微波尤其是毫米波段的天线罩通常具有很大的电尺寸，随着系统规模的增加，待求未知量也急剧增多，现有的全波数值分析方法对这种结构电磁特性的分析往往需要消耗大量的内存和计算时间，即便使用加速算法如多层快速多极子

4、(MutilevelFastMuhipoleAlgorithm，MLFMA)旧1等方法降低了计算复杂度，但计算效率仍然不高．而且，已有文献大多研究发射模式下天线罩对天线特性的影响，而极少有文献讨论接收模式下电大尺寸天线．天线罩系统的电性能分析，而后者在工程中应用极多，如带罩相控阵的校准测量一般都是在接收模式下进行．因此，接收模式下带罩天线系统电磁特性的有效分析是计算电磁学领域一个颇具挑战性的研究课题．针对这一问题，本文结合全波快速分析法与高频射线算法各自的优势，提出了一种基于多层快速多极子加速的IE／MSI(IntegralEquation／ModifiedSurfaceIntegrat

5、ion)+MLFMA混合算法，在保证计算精度满足工程需要的情况下，消除了传统方法求解此类问题时存在的计算时间长、效率低下的弊端．本文详细地论述了该方法的基本理论和技术细节，给出的数值算例证明了其高效性与精确性．1理论基础被动接收模式下的天线．天线罩系统模型如图1所示，模型可等效为人射平面波照射下Ⅳ层介质天线罩加载的天线阵列中等效电流分布的求收稿日期：2015-04-10；录用日期：2015-04．24；网络出版时间：2015_06-2416：46网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150624．1646．003．html基金项目：国家自

6、然科学基金(61471040)+通讯作者：何芒(1976一)，男，安徽安庆人，副教授，hemang@bit．edu．cn，主要研究方向为天线理论与技术、计算电磁学．引用格式：何芒，刘金波，王斌斌，等．接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(10)：1792-1800．HeM，LiuJB，WangBB，eta1．Fastelectromagneticsimulationofcharacteristicsofradome—antennasysteminre．ceivingmode[JJ．JournalofBeijingUniversityofAe

7、ronauticsandAstronautics，2015，41(J0)：1792．1800(inChinese)．第10期何芒，等：接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真1793解．如引言所述，本文提出了一种新的全波分析与高频近似方法相结合的混合算法．整个算法可分为2个步骤：①由基于MSI的高频方法得到天线罩内的场分布E和H；②再将此场分布作为天线阵列的激励场，利用基于体-面混合积分方程(VolumeSurfaceIntegra