一種寬帶圓形陣列天線的矩量法分析

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

0 引言
在眾多的對線天線及線天線陣分析方法中，矩量法以其計算精度高、計算速度快、適用性強等特點得到了廣泛的應(yīng)用。通常利用矩量法分析陣元間互耦時將陣元近似為細線模型，此時線天線電流近似沿振子軸線流動，這種分析方法在陣子半徑r0．01λ時可以取得較為精確的計算結(jié)果，然而，當(dāng)天線振子的尺寸比較大時，利用此方法就會得到錯誤的結(jié)果。
為實現(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)與點匹配法，對Pocklington方程的計算采用全域線天線積分核，以實現(xiàn)對天線的精確分析。為驗證該分析方法的正確性，文中就此設(shè)計陣列天線分別進行了仿真和測試，達到了預(yù)期的結(jié)果。

1 基于正弦差值基函數(shù)與點配法的矩量法
在線天線矩量法的計算中，基函數(shù)的選取對實現(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個分段的中點，△n是該分段的長度，An，Bn，Cn是3個未知量，將其中的一個作為待求變量，利用電流、電荷連續(xù)性方程可將另外兩個變量的表達式求出。由于該基函數(shù)能夠很好地模擬天線的實際電流，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)式表達的電流代入Pocklington方程，采用點配法得到如下公式：