5.天線隔離度的分析與計(jì)算講稿

1、提綱,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題 引言 天線的工作原理 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)與近區(qū)場(chǎng)的概念以及判定 天線的輸入阻抗以及輻射效率 天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖 方向性系數(shù)與功率增益 天線隔離度與空間隔離度 天線隔離度與空間隔離度的概念與物理意義 近區(qū)場(chǎng)與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的隔離度分析與計(jì)算公式,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題,引言 在任何一個(gè)具有綜合功能的移動(dòng)系統(tǒng)中，如飛機(jī)、火車、艦船等，為了保持該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)或地面的聯(lián)絡(luò)，大多采用無(wú)線電通訊方式，有的在系統(tǒng)內(nèi)部也采用無(wú)線電通訊技術(shù)。這些無(wú)線電通訊工具的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的天線，除了發(fā)射調(diào)諧頻率的無(wú)線電信號(hào)之外，還發(fā)射無(wú)意的交調(diào)失真信號(hào)。這些有意的發(fā)射信號(hào)和無(wú)意的發(fā)射信號(hào)往往成為天線的干擾源。

2、例如一輛小轎車內(nèi)安裝的無(wú)線電話收發(fā)系統(tǒng)，它的工作頻率在1MHz1GHz范圍內(nèi)，而車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置產(chǎn)生的干擾信號(hào)頻譜可達(dá)到200MHz，城市里的廣播電視發(fā)射天線的調(diào)諧頻率在十幾MHz到數(shù)百M(fèi)Hz之間，因此轎車內(nèi)的無(wú)線電話收發(fā)機(jī)的工作頻率一般設(shè)在較低的頻段，否則就會(huì)遭到廣播電視信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噪聲的干擾。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題,隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展 ,越來(lái)越多的電子設(shè)備被集成在一個(gè)系統(tǒng)中 ,同時(shí) ,一個(gè)電子系統(tǒng)可能需要幾副甚至十幾副工作在不同波段的天線來(lái)接收或發(fā)射電子信號(hào) ,例如一架飛機(jī)或一艘軍艦上會(huì)裝載各種各樣的完成不同功能的電子設(shè)備及其天線 .同一系統(tǒng)中不同天線的近場(chǎng)耦合很

3、強(qiáng) ,嚴(yán)重干擾了各收發(fā)電臺(tái)的正常工作 ,因此怎樣預(yù)估及避免這種干擾 ,對(duì)于通信設(shè)備的正常工作至關(guān)重要 .另外 ,當(dāng)天線發(fā)射功率很大時(shí) ,其周圍的電子設(shè)備也會(huì)受到很強(qiáng)的干擾 ,而無(wú)法正常工作 ,因此天線近場(chǎng)的分析也是電磁兼容的一個(gè)重要問(wèn)題。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)與近區(qū)場(chǎng)的概念以及判定 若已知源分布，求解電場(chǎng)與磁場(chǎng)分布時(shí)，一般首先根據(jù)源分布求解矢量位： 再由求出電場(chǎng)與磁場(chǎng)分布： 因此，討論電磁場(chǎng)的空間分布，只需討論矢量位的分布即可。如下圖所示：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,若 為天線最大尺寸，通常，認(rèn)為遠(yuǎn)場(chǎng)條件為： 近區(qū)

4、感應(yīng)場(chǎng)條件： 近區(qū)束縛場(chǎng)條件：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,分析可知，近區(qū)束縛場(chǎng)的主要成分是似靜場(chǎng)，在似靜場(chǎng)中，復(fù)數(shù)坡印廷矢量是一個(gè)純虛數(shù)，天線的有功功率密度為零，因此，似靜場(chǎng)的電磁能量是不會(huì)輻射出去的。同樣的，近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)的能量也不能被輻射出去，我們將近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)與近區(qū)束縛場(chǎng)統(tǒng)稱為近區(qū)場(chǎng)。 在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)中，復(fù)數(shù)坡印廷矢量是一個(gè)實(shí)數(shù)，主要部分所攜帶的電磁能量是向外傳播的，因此，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的主要部分被稱為輻射場(chǎng)。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,天線的輸入阻抗以及輻射效率 從天線的輸入端看到的阻抗被稱為天線的輸入阻抗，它可以表示為： 其中， 為天線結(jié)構(gòu)及附件的熱損耗以及輻射損耗所帶來(lái)的電

5、阻，被稱為損耗電阻或輸入電阻， 為存儲(chǔ)在天線近區(qū)場(chǎng)中的無(wú)功功率所帶來(lái)的電抗，被稱為輸入電抗。 從能量角度考慮，天線的平均損耗功率為： 或者：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,其中， 為熱損耗功率， 為輻射損耗功率， 為損耗電阻， 為輻射電阻。 天線的輸入阻抗與幾何形狀、饋電方法和周圍物體的臨近程度等多種因素有關(guān)。 天線的輻射效率是天線的輻射功率與凈輸入功率的比值： 由式(1.15)進(jìn)一步可得：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖 在距離 等于常數(shù)的球面上，場(chǎng)強(qiáng)或功率密度隨方向坐標(biāo) 的變化曲線稱為場(chǎng)強(qiáng)方向圖或功率方向圖。記場(chǎng)強(qiáng)隨方向坐標(biāo)變化的歸一化方向性函數(shù)為 ，功

6、率隨方向坐標(biāo)變化的函數(shù)為 ，它們二者之間的關(guān)系： 以分貝為單位的場(chǎng)強(qiáng)方向圖： 以分貝為單位的功率方向圖：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,方向性系數(shù)與功率增益 天線在空間各個(gè)方向上的輻射不可能是均勻的。輻射強(qiáng)度隨空間方向的變化是由天線的方向性增益 來(lái)表示的。所謂方向性增益，即是給定方向的輻射強(qiáng)度與參考天線的輻射強(qiáng)度之比。它的物理意義即是“在距離等于常數(shù)的球面上，給定方向的功率密度與平均功率密度之比”。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,方向性系數(shù)即是最大輻射方向的方向性增益值。功率增益 描述的是在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)功率密度增益隨方向坐標(biāo)的變化規(guī)律，具體定義如下：給定方向上的輻射強(qiáng)度與天線從所

7、連發(fā)射機(jī)得到凈功率之比的 倍。若未指明方向，則增益通常指最大輻射方向的功率增益。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線的工作原理,功率增益與方向性增益的關(guān)系如下： 如果以分貝為單位，則有： 在后面的天線隔離度計(jì)算與分析中，最常用的是天線遠(yuǎn)場(chǎng)功率增益或者方向性增益的方向圖。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,無(wú)線電系統(tǒng)間電磁干擾主要傳輸途徑是天線間的耦合，常用隔離度來(lái)定量表征這種耦合的強(qiáng)弱程度。天線的載體和天線間的距離以及障礙物不同，分析它們耦合的方法也不同，分析過(guò)程的難易程度也有很大的區(qū)別。對(duì)于自由空間分隔相距比較遠(yuǎn)的天線，天線間耦合的相互影響主要是通過(guò)天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)進(jìn)行的，與天線近場(chǎng)情況

8、的關(guān)系較小。但當(dāng)天線間的距離比較近時(shí)，分析它們的耦合就需要考慮天線的具體形式、饋電結(jié)構(gòu)、安裝位置和安裝殼體等各種因素的影響。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,天線隔離度與空間隔離度的概念與物理意義 在一個(gè)系統(tǒng)中，為保證每個(gè)天線正常工作，天線的隔離度必須滿足一定的要求，否則天線間的干擾會(huì)壓制住有用信號(hào)，從而使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。一般將發(fā)射天線的發(fā)射功率與另一天線所接受功率的比值定義為天線的隔離度。在具體問(wèn)題中，對(duì)于不同的情況，接收天線可能通過(guò)不同的方式對(duì)發(fā)射天線施加干擾。所謂的不同的情況，主要指的就是遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)與近區(qū)場(chǎng)。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,在只考慮天線間的

9、距離和障礙物遮擋因素的情況下可定義空間隔離度： 這里， 是發(fā)射天線產(chǎn)生的向接收天線方向上傳播的電場(chǎng)， 是入射電場(chǎng)經(jīng)繞射后到接收天線處的電場(chǎng)。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,天線隔離度與空間隔離度是兩個(gè)不同的概念。其中，空間隔離度與天線的具體形式無(wú)關(guān)，它只描述電磁波通過(guò)兩天線間的空間傳播時(shí)，由于電磁波的自身發(fā)散以及空間媒質(zhì)的作用而產(chǎn)生的自然衰減。天線隔離度不但計(jì)及這種自然衰減，而且包含了接收天線與發(fā)射天線對(duì)發(fā)射方向上的功率密度以及接受方向上的功率密度的影響，因此天線隔離度不但與天線間的空間具體形式及構(gòu)成有關(guān)，還與天線的形式有關(guān)。具體地講，天線隔離度是空間隔離度與收發(fā)天線在特定方

10、向上功率增益的和，天線隔離度最好地描述了天線間的隔離程度。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,天線隔離度與空間隔離度在不同的問(wèn)題中有不同的地位。因?yàn)橛袝r(shí)天線的功率增益與空間隔離度相比并不大，空間隔離度近似等于天線隔離度，因此，僅僅是空間隔離度就能說(shuō)明天線間的隔離程度，從簡(jiǎn)化計(jì)算方面考慮，這時(shí)，我們可以不管天線隔離度。一般情況下，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在天線間的電距離（真實(shí)距離與發(fā)射天線工作波長(zhǎng)之比）較大或者收發(fā)天線都可認(rèn)為是很好的全向天線，并且其功率增益大約為 的場(chǎng)合中。如果收發(fā)天線間的電距離不夠大，或者收發(fā)天線的功率增益值隨著方向坐標(biāo)的改變有很大的變化，這時(shí)，天線隔離度與空間隔離度有較大

11、差別，在這種情況下，只要知道天線的具體形式，都應(yīng)該考慮天線的功率增益，即計(jì)算出天線隔離度。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,近區(qū)場(chǎng)與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的隔離度分析與計(jì)算公式 前面我們介紹的天線的遠(yuǎn)場(chǎng)條件只是對(duì)于一副天線而言的，在分析天線隔離度時(shí)，牽涉到了收發(fā)兩副天線，要保證兩天線 都在對(duì)方的遠(yuǎn)場(chǎng)，就必須滿足 遠(yuǎn)場(chǎng)條件： 其中， 是發(fā)射天線的最大尺寸 （等效直徑）， 是接收天線的最 大尺寸（等效直徑）。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)與近區(qū)場(chǎng)，發(fā)射天線是通過(guò)不同的方式對(duì)接收天線施加影響的，因此，雖然這兩種情況下天線的隔離度定義都是相同的，但是它們的具體計(jì)算式是有區(qū)別

12、的。 若兩個(gè)天線相距比較遠(yuǎn)，都處于另一天線的遠(yuǎn)區(qū)時(shí)，它們之間的相互影響就是靠輻射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)的。發(fā)射設(shè)備與發(fā)射天線相連，接收設(shè)備與接收天線相連。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,令發(fā)射天線發(fā)射的功率為 ， 是發(fā)射天線的增益。接收天線與發(fā)射天線間的距離為 ，收發(fā)天線外形尺寸與 相比很小，天線可被當(dāng)作一個(gè)點(diǎn)源，而且發(fā)射天線發(fā)出的電磁波為球面波，在接收天線處，該球面波的半徑很大，可當(dāng)作平面波，則隔離度表示為：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,其中 為間距，為波長(zhǎng)， 與 為兩天線增益， 為其歸一化方向性函數(shù)。 是發(fā)射天線坐標(biāo)系中接收點(diǎn)指向角， 是接收天線坐標(biāo)系中發(fā)射點(diǎn)的指

13、向角。 早期電磁兼容預(yù)測(cè)采用這一算法，但實(shí)際上遠(yuǎn)場(chǎng)條件場(chǎng)不滿足，計(jì)算得到的隔離度就有較大的誤差，為此需要尋求更加精確的方法。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,如果接收天線不在發(fā)射天線的遠(yuǎn)區(qū)中，或者發(fā)射天線不在接收天線的遠(yuǎn)區(qū)中時(shí)，兩天線之間的相互干擾主要不是通過(guò)輻射場(chǎng)進(jìn)行的，而是近區(qū)束縛場(chǎng)或者近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)。這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在計(jì)算線天線陣中天線間隔離度的問(wèn)題中。我們知道，天線功率增益的概念是在遠(yuǎn)場(chǎng)建立的，因此上頁(yè)中的計(jì)算式是不能用于近場(chǎng)天線隔離度分析的。即使把功率增益的概念延拓到近區(qū)場(chǎng)，也仍然是描述輻射場(chǎng)功率增益的，而這時(shí)天線間干擾的主要因素并不是輻射場(chǎng)，因此，由上式算得的天線隔離度

14、將遠(yuǎn)小于近區(qū)場(chǎng)中天線間的真實(shí)隔離度。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,重新考慮天線隔離度的定義。天線隔離度是指發(fā)射天線發(fā)射的功率與接收天線接收到的功率之比，當(dāng)兩天線都在對(duì)方遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，所謂的發(fā)射功率指的實(shí)際是天線的輻射功率，以為只有輻射場(chǎng)才能影響接收天線。而當(dāng)兩天線在對(duì)方的近區(qū)場(chǎng)時(shí)，由于接收天線受到的不僅僅是近區(qū)場(chǎng)中微不足道的輻射場(chǎng)的影響，更多的是受到束縛場(chǎng)或者感應(yīng)場(chǎng)的影響，因此這時(shí)發(fā)射天線的發(fā)射功率指的應(yīng)該是天線的輸出功率。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,簡(jiǎn)言之，如下天線隔離度公式： 對(duì)于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)， 代表發(fā)射天線的輻射功率，對(duì)于近區(qū)場(chǎng)， 代表發(fā)射天線的輸出功率。運(yùn)

15、用上式計(jì)算近區(qū)場(chǎng)天線隔離度時(shí)是很不方便的。一般是將要分析的兩天線所組成的系統(tǒng)看成是一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)。端口間電流、電壓關(guān)系用阻抗矩陣表述：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,， 成為互阻抗，當(dāng)媒質(zhì)為各向同性時(shí)，網(wǎng)絡(luò)是互易的，即有；互阻抗與天線本身性質(zhì)有關(guān)。若天線1作發(fā)射天線，饋有電壓 ，天線2做接收天線，接有負(fù)載阻抗 ，其上電壓為 ，則由阻抗矩陣很容易求得 與 的比值：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題天線隔離度與空間隔離度,按照天線隔離度的定義，可得： 為發(fā)射天線1輸入阻抗實(shí)部， 為 的實(shí)部。在實(shí)際工程問(wèn)題中， 與 的計(jì)算是一個(gè)不容易解決的問(wèn)題，如果用一些合適的電磁計(jì)算軟件則可以巧妙地繞過(guò)這

16、個(gè)問(wèn)題，這一方面的內(nèi)容將在后面介紹。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,周期信號(hào)的諧波分析 設(shè) 為周期性信號(hào)，周期為 ，眾所周知，任何周期信號(hào) ，如果滿足Dirichlet條件，都能展開(kāi)為Fourier級(jí)數(shù)。周期性信號(hào)展開(kāi)成Fourier級(jí)數(shù)的物理意義是十分明確的，它表明一個(gè)周期信號(hào)可以分解成直流分量和一系列諧波分量之和?；蛘哒f(shuō)周期信號(hào)可看作是由一個(gè)直流分量和一系列諧波分量疊加而成。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,通常把 時(shí)所得的 稱為基波，把 時(shí)所得到的各項(xiàng)分量一次成為二次諧波分量、三次諧波分量 次諧波分量。在天線工作的時(shí)候，往往都存在一個(gè)頻帶，在這個(gè)頻帶內(nèi)的每一個(gè)頻

17、點(diǎn)上，天線作為末端負(fù)載的電壓駐波比都小于某一給定值，這一閾值一般取2或者1.5。這個(gè)頻帶叫作天線的工作頻帶。在工作頻帶內(nèi)每一個(gè)頻率的電磁波都認(rèn)為能夠被天線發(fā)射出去，因此，發(fā)射天線所發(fā)射電磁波的頻率可以是頻帶內(nèi)的每一個(gè)頻率。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,發(fā)射天線在工作頻帶內(nèi)的每一個(gè)頻率包括中心頻率被認(rèn)為是發(fā)射電磁波的基波，其二次諧波、三次諧波分別是基波頻率的2倍與3倍，只不過(guò)諧波的能量遠(yuǎn)比基波的能量小。由以上分析可知，兩個(gè)天線的工作頻帶即使不同，但是只要其中一個(gè)天線的二次諧波或三次諧波等能夠落入另一個(gè)天線的工作頻帶內(nèi)，這兩副天線間就存在有干擾。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的

18、諧波干擾,天線間諧波干擾實(shí)例 現(xiàn)在我們分析兩副車載天線間的諧波干擾，為突出諧波干擾，這里暫時(shí)忽略了天線隔離度的具體計(jì)算方法。 車體上有兩副工作在 的HF天線，分別發(fā)射和接收信號(hào)；兩副工作在 的VHF天線，一副UHF天線。由頻帶范圍可以看出，HF發(fā)射天線的諧波會(huì)落到VHF接收天線的頻帶內(nèi)而對(duì)其產(chǎn)生干擾；HF和VHF的諧波會(huì)落到UHF天線的頻帶內(nèi)而對(duì)其產(chǎn)生干擾；另外還有其它形式的相互干擾 .因此 ,需要對(duì)各種干擾狀況進(jìn)行預(yù)估分析，主要是求解其相互間的隔離度。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,以HF天線 2 (HF天線 2被固定在車尾的后箱壁上，與車體不相連，中饋天線 )和VHF天線 1

19、為例，分別考慮HF天線 2的二次和三次諧波對(duì)VHF天線 1的干擾，經(jīng)計(jì)算可得其耦合度：,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,以上兩個(gè)表分別給出了HF天線2的二次和三次諧波點(diǎn)上HF天線2和VHF天線1之間的耦合度，由表可見(jiàn)，HF天線2二次諧波對(duì)VHF天線1在6 0MHz以下形成干擾，HF天線2的三次諧波對(duì)VHF天線1全波段干擾，耦合度最高達(dá)-14.7dB，最低也有-32.3dB，可見(jiàn)二者之間的耦合是相當(dāng)強(qiáng)的。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題電磁信號(hào)的諧波干擾,當(dāng)兩天線同時(shí)工作時(shí)，假設(shè)HF天線2為大功率發(fā)射天線，而VHF天線1為接收天線，當(dāng)VHF天線1

20、工作頻點(diǎn)剛好落在HF天線2諧波點(diǎn)附近時(shí)必將產(chǎn)生相當(dāng)大的干擾，嚴(yán)重影響VHF天線1的接收性能，因此必須對(duì)此問(wèn)題加以解決。實(shí)際中首先要提高HF天線2的發(fā)射機(jī)抑制諧波的能力，使其諧波發(fā)射電平盡量小，另外也可以對(duì)兩天線的工作頻率等進(jìn)行合理安排，以避免干擾。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題機(jī)載天線的布局,隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)體、艦體、車體表面天線的數(shù)量越來(lái)越多，必須有一個(gè)合理的天線布局，才能使每個(gè)天線都正常的工作。在工程設(shè)計(jì)中，一般都是按照天線布局原則先做初步的布置，然后對(duì)這一布局進(jìn)行電磁兼容分析，算出天線間的隔離度，如果符合標(biāo)準(zhǔn)，就采用這一布局，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要根據(jù)具體天線隔離度數(shù)據(jù)調(diào)整部分

21、天線的位置，然后再計(jì)算新布局的天線隔離度。這樣經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算與調(diào)整之后，逐漸使天線布局趨于合理。下面以機(jī)載天線為例，介紹天線的布局原則與一般考慮。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題機(jī)載天線的布局,天線布置原則 (1) 預(yù)警機(jī)電子系統(tǒng)中各分系統(tǒng)的天線布置要考慮應(yīng)充分發(fā)揮各分系統(tǒng)的戰(zhàn)技性能，完成各自所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。 (2) 分系統(tǒng)天線間輻射干擾影響盡量小即盡量減少輻射耦合。 (3) 要充分利用載體的遮檔 ; (4)實(shí)際天線布局設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的反復(fù)調(diào)整過(guò)程。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題機(jī)載天線的布局,天線布置初步考慮 (1 )探測(cè)雷達(dá)天線布置 考慮飛機(jī)氣動(dòng)力學(xué)影響 ,參照以色列預(yù)警機(jī) ,采用共形相控陣天線型式

22、,天線置于機(jī)身兩側(cè)和前后。 (2 ) GPS天線布置 GPS接收天線 ,它接收衛(wèi)星信號(hào) ,因此它要安裝在機(jī)身上方 ,且盡量遠(yuǎn)離探測(cè)雷達(dá)。 (3 ) ESM天線布置 無(wú)源探測(cè) (以 ESM為例 )頻帶寬 ,接收靈敏度高 ,因此 ESM天線要遠(yuǎn)離那些落于其工作頻帶的發(fā)射源 ,考慮 ESM天線安裝于機(jī)身前后位置。,電磁兼容中的天線耦合問(wèn)題機(jī)載天線的布局,(4) JTIDS天線布置 對(duì) JTIDS天線布置考慮空對(duì)空 ,空對(duì)地通信 ,因此將它安裝于機(jī)身上下方。 (5)通信天線尤其是 V/ UHF天線數(shù)量多 ,頻段寬 ,要考慮減少相互影響 ,合理布局。 在初步確定了天線在載體上的布局后 ,就可進(jìn)行機(jī)載天線

23、耦合干擾及天線方向圖的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)與分析 ,通過(guò)不斷的調(diào)整天線的位置 ,找到最佳的天線布局。,高頻段天線隔離度的計(jì)算,引言 關(guān)于天線隔離度的計(jì)算方法有很多種，每一種都有某方面的優(yōu)點(diǎn)，也有適用的范圍。對(duì)于工程分析來(lái)說(shuō)，當(dāng)然是要求算法盡量簡(jiǎn)便快捷，并且有較高的精確度。如果是這樣，同一種方法肯定不能同時(shí)滿足以上的兩點(diǎn)要求，我們一般采用將高頻與低頻分開(kāi)來(lái)處理的辦法，高頻部分運(yùn)用已經(jīng)很成熟的幾何繞射理論，低頻部分運(yùn)用Ansoft公司優(yōu)秀的HFSS軟件分析的方法。,高頻段天線隔離度的計(jì)算,在高頻部分，如果以Ansoft公司的軟件HFSS為工具計(jì)算天線間的隔離度，不僅僅能夠繞過(guò)繁雜的計(jì)算與冗長(zhǎng)的算法，還能得到

24、一個(gè)比較精確的解。但是由于電磁兼容分析的對(duì)象一般都是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在高頻部分有著很大的電尺寸，而HFSS正是以有限元法為基礎(chǔ)的軟件，這樣的系統(tǒng)對(duì)于HFSS來(lái)說(shuō)意味著很大的計(jì)算量。因此，在高頻部分，由于計(jì)算機(jī)資源的限制，利用HFSS來(lái)解決問(wèn)題往往是行不通的。不過(guò)有一種例外的情況，那就是如果有一對(duì)待分析的天線相距很近，那么計(jì)算這二者之間的隔離度時(shí)，就可以適當(dāng)?shù)剡x取系統(tǒng)中的一部分作為模型，忽略離天線較遠(yuǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。但是這樣仍然不能得到整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容分析結(jié)果。,高頻段天線隔離度的計(jì)算,為了克服這一困難，我們利用幾何繞射理論來(lái)解決這一問(wèn)題。選擇幾何繞射理論主要有以下四點(diǎn)考慮，第一，用幾何繞射

25、理論計(jì)算天線隔離度比較易于實(shí)現(xiàn)。第二，幾何繞射理論主要適用于高頻范圍。第三，運(yùn)用幾何繞射理論計(jì)算出的隔離度結(jié)果有較高的準(zhǔn)確度。第四，運(yùn)用幾何繞射理論開(kāi)發(fā)的算法易于用軟件實(shí)現(xiàn)，用軟件實(shí)現(xiàn)之后，就具有一定的通用性，給使用、維護(hù)、二次開(kāi)發(fā)等等都帶來(lái)了方便。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,直射射線與直射場(chǎng) 直射射線就是從原點(diǎn)S到場(chǎng)點(diǎn)F的未受阻擋的射線。在我們所討論的情況下直射射線就是連接S和F的直線段，因此只存在一根直接射線。但是如果有一個(gè)繞射物體，則在物體擋住場(chǎng)源的空間中就存在一個(gè)陰影區(qū)。這時(shí)在源點(diǎn)S和陰影區(qū)中的場(chǎng)點(diǎn)F之間就不存在直接射線。陰影區(qū)是由一錐體界定的，此錐體是由S點(diǎn)和從S

26、看去時(shí)物體外邊界的閉合曲線所構(gòu)成的。當(dāng)物體是一多面體時(shí)，其邊界是一角錐面，陰影區(qū)是一角錐。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,盡管可能有繞射物體存在，直射場(chǎng)通常仍按從源發(fā)出的自由空間場(chǎng)計(jì)算。顯然此時(shí)在天線和物體之間將產(chǎn)生相互作用，結(jié)果改變了當(dāng)天線位于自由空間時(shí)的電流分布。不過(guò)，當(dāng)物體位于天線的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)時(shí)相互作用是很弱的，因此在大多數(shù)工程應(yīng)用中可忽略不計(jì)。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,當(dāng)場(chǎng)源是點(diǎn)源時(shí)，直射場(chǎng)可以簡(jiǎn)單地求出。所謂點(diǎn)源是指具有確定的相位中心的天線，到場(chǎng)點(diǎn)的路程長(zhǎng)度可以以相位中心為參考點(diǎn)。當(dāng)天線比波長(zhǎng)大得多時(shí)，就不存在這樣一個(gè)相位中心，此時(shí)就必須把天線分割成

27、多個(gè)點(diǎn)源，然后對(duì)每個(gè)點(diǎn)源進(jìn)行射線追蹤，并把與這些點(diǎn)源相對(duì)應(yīng)的場(chǎng)迭加起來(lái)以求得總場(chǎng)。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,近場(chǎng)點(diǎn)的直射場(chǎng)的計(jì)算是簡(jiǎn)單的，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算，其遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖可以表示為： 其中 是到場(chǎng)點(diǎn)的射線（或其延長(zhǎng)線）和相位參考面的交點(diǎn)。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,反射射線與反射場(chǎng) 一次反射射線是從S經(jīng)過(guò)物體表面上一個(gè)反射點(diǎn)R而到達(dá)F的。費(fèi)馬原理認(rèn)為，反射點(diǎn)可根據(jù)使此距離取駐點(diǎn)值的要求確定 。值得注意的事實(shí)是，除非反射面是一平面，否則反射點(diǎn)的位置不能用解析方法解出。源點(diǎn)位于拋物面焦點(diǎn)的情況是可以得到解析解的特例之一。由于有這些困難，反射點(diǎn)常常是用數(shù)值搜索方法

28、確定的。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的物體大部分不是凸的而是凹的，這就使射線追蹤的問(wèn)題復(fù)雜化了。其主要原因是可能發(fā)生多次反射。此時(shí)射線路程仍可用費(fèi)馬原理確定。當(dāng)問(wèn)題中含有平面反射器時(shí)（在實(shí)際應(yīng)用中常常是這種情況），就可以進(jìn)行簡(jiǎn)化。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,反射場(chǎng)和直射場(chǎng)一起構(gòu)成了場(chǎng)點(diǎn)的幾何光學(xué)場(chǎng)。如下圖所示， 是入射光線， 是反射光線，把距離 記為 ，距離 記為 ，反射過(guò)程可以用下式表示：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中反射系數(shù) 通常是一個(gè) 的矩陣， 分別是 點(diǎn)的入射場(chǎng)

29、和反射場(chǎng)。于是上述方程把反射點(diǎn)的入射場(chǎng)和反射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)。要使反射系數(shù) 有一個(gè)簡(jiǎn)單的形式，我們需要建立合適的坐標(biāo)系。為此，我們引入如下圖所示的射線基坐標(biāo)系 。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,選定這一特定坐標(biāo)系之后， 可以表示為： 于是： 上式說(shuō)明，沿射線基坐標(biāo)系的 和 軸方向的兩個(gè)場(chǎng)分量是彼此獨(dú)立地反射的。如果要將R點(diǎn)的反射場(chǎng)和場(chǎng)點(diǎn)F地反射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，就必須加入空間衰減，則有下式：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,擴(kuò)散因子 描述空間衰減，而相位因子 則描述反射場(chǎng)沿射線從R到F的相位變化。擴(kuò)散因子與R附近的反射面的幾何形狀

30、以及入射場(chǎng)的性質(zhì)有關(guān)。如果假設(shè)入射場(chǎng)是球面波，則擴(kuò)散因子可給定為： 其中和是反射波陣面在反射點(diǎn)的兩個(gè)主曲率半徑。如果令 和 是反射面在反射點(diǎn)的兩個(gè)曲率半徑，并令 和 是兩個(gè)相應(yīng)的主方向，再令 為 和 之間的夾角， 為 和 之間的夾角。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,則反射波陣面的兩個(gè)主曲率半徑給定為： 其中 ， 是入射角。只要確定了反射射線的行程，則應(yīng)用上述公式就可以容易地求出反射場(chǎng)。連續(xù)應(yīng)用這一公式可以求出多次反射射線最終的場(chǎng)。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,尖頂繞射 尖頂繞射射線就是從源點(diǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)尖頂?shù)竭_(dá)場(chǎng)點(diǎn)的射線。尖頂可能是錐體的頂點(diǎn)，也可能是平面轉(zhuǎn)角的頂

31、點(diǎn)。因?yàn)槔@射點(diǎn)固定在尖頂上，所以尖頂繞射射線就是由入射線和繞射線兩個(gè)直線段組成的。只要尖頂沒(méi)有被繞射物體的一部分所遮擋，則尖頂繞射射線總是存在的。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,導(dǎo)出尖頂繞射場(chǎng)的漸進(jìn)表示式是一件非常困難的工作。雖然常常認(rèn)為尖頂繞射場(chǎng)是可以忽略的，但事實(shí)上在某些區(qū)域內(nèi)尖頂繞射場(chǎng)的幅度等于直射場(chǎng)的幅度。不過(guò)這些過(guò)渡區(qū)通常是很窄的，而在這些區(qū)域外尖頂繞射場(chǎng)常常是可以忽略的。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,邊緣繞射,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,邊緣繞射射線是從源點(diǎn)S經(jīng)過(guò)邊緣上某一繞射點(diǎn)而到達(dá)場(chǎng)點(diǎn)F的。邊緣可能是一條直邊、一條平面曲邊或一

32、條非平面曲邊。最重要的兩種邊緣是直邊和圓邊。下面首先介紹邊緣繞射中很重要的概念凱勒?qǐng)A錐。 設(shè)某一邊緣由此參數(shù)方程決定：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中 是一參量。于是從 經(jīng)過(guò)曲線上任意一點(diǎn) 到 的距離是： 根據(jù)費(fèi)馬原理經(jīng)推導(dǎo)可得：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,這一結(jié)果意味著切線矢量 和矢量 以及 之間的夾角是相等的。其次，此方程還意味著，由 和S確定的入射平面以及由 和F確定的繞射平面不必一定是同一平面。這里已經(jīng)確定了通過(guò)F點(diǎn)的繞射射線，但是，顯然在以D為頂點(diǎn)，以D點(diǎn)切線為軸，頂角 的圓錐上的所有場(chǎng)點(diǎn)都滿足上式，這一圓錐就被稱作為凱勒?qǐng)A錐。繞射射線是從繞射

33、點(diǎn)出發(fā)，并沿凱勒?qǐng)A錐向所有方向射出的。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,用解析的方法求解繞射點(diǎn)是很困難的，最重要的特例是直邊和圓柱端面上的圓邊。由于在工程問(wèn)題中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情形，因此，在這里對(duì)兩種情況都加以介紹。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,對(duì)于直邊，可以用展開(kāi)法直接求得其繞射點(diǎn)。如上圖所示，源點(diǎn)與場(chǎng)點(diǎn)是用柱面坐標(biāo)系 給出的，右圖是其平面展開(kāi)圖。在展開(kāi)圖兩個(gè) 角是相等的，所以在展開(kāi)圖中繞射射線變成一條直線。這樣就立即求得繞射點(diǎn)的坐標(biāo)表示式：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,對(duì)于圓柱端面上的圓邊，求D

34、點(diǎn)位置的方程是一件很復(fù)雜的工作，一般不可能求出精確解。已經(jīng)有人證明，D點(diǎn)的位置只有1、2、3或4個(gè)獨(dú)立的解。在工程問(wèn)題中，我們建議用逐點(diǎn)掃描的方法解決，即找出光程的極值所對(duì)應(yīng)的D點(diǎn)的位置。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,下面我們介紹邊緣繞射場(chǎng)。邊緣可以是曲邊，但我們討論曲邊的特例，即由兩個(gè)平面構(gòu)成的直劈的邊緣。這在工程中是最為常用的一種模型。通常在我們碰到的邊緣都是曲邊，但是在一定范圍之內(nèi)我們可以把曲邊當(dāng)成直邊處理，這樣引起的誤差一般都不大。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,下圖所示是一個(gè)內(nèi)頂角為 的直劈，采用了直角坐標(biāo)系并使 軸與劈邊重合。 軸位于劈的一個(gè)面上，

35、而 軸是此面的外向法線。然后用圓柱坐標(biāo) 和 分別表示源點(diǎn)S和場(chǎng)點(diǎn)F的位置。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,假設(shè)有一條邊緣繞射射線從S經(jīng)過(guò)邊緣上的繞射點(diǎn)D 到達(dá)F。距離 用 表示，距離 用 表示，而從z軸正向到直線DS和DF的角分別稱為 和 。 在D點(diǎn)的繞射過(guò)程可用下列方程表示： 其中， 是入射場(chǎng)， 是繞射系數(shù)，而 是激勵(lì)因子。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,把繞射點(diǎn)的入射場(chǎng)和激勵(lì)因子聯(lián)系起來(lái)的繞射系數(shù)一般是一個(gè) 的矩陣。如果把D點(diǎn)的激勵(lì)因子和場(chǎng)點(diǎn)F的繞射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，繞射場(chǎng)可表示為： 其中 是描述空間衰減的擴(kuò)散因子，而相位因子 則描 述繞射場(chǎng)沿射線從D到F的相位變

36、化。直劈的擴(kuò)散因子為：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中 是在入射平面內(nèi)所取的入射波陣面的曲率半徑，如果入射波是球面波，則 ；而當(dāng)入射波是其它波形時(shí)， 可用如下公式計(jì)算： 這里 和 是入射波陣面的兩個(gè)主曲率半徑， 是D 點(diǎn)的與 對(duì)應(yīng)的入射波陣面的切線矢量和在入射面內(nèi)D點(diǎn)的入射波陣面的切線矢量之間的夾角。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,如果引入射線基坐標(biāo)系，則可以將繞射系數(shù)寫(xiě)成簡(jiǎn)單的形式。在這里，坐標(biāo)系 與的定義是： ， 。具體的形式如上圖（展開(kāi)圖和射線基坐標(biāo)系）所示。可以看出，選定這樣的特定坐標(biāo)系就使兩個(gè)坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸在展開(kāi)圖中取向相同。在射線基坐標(biāo)系中

37、：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中 和 是標(biāo)量繞射系數(shù)。因此我們求得： 于是得到這樣的結(jié)論：沿射線基坐標(biāo)系的 和 軸兩個(gè)場(chǎng)分量是彼此獨(dú)立地繞射的。 和 由下式給定： 其中 與 由下式給定：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,這兩個(gè)系數(shù)稱為直劈的凱勒繞射系數(shù)，函數(shù) 的計(jì)算式如下： 其中 。在陰影邊界上和反射邊界上，四個(gè) 函數(shù)中至少有一個(gè)發(fā)散，但是在這里，這一問(wèn)題已被 函數(shù)所消除。因?yàn)楫?dāng)有一個(gè) 函數(shù)發(fā)散時(shí)，相應(yīng)的 函數(shù)趨于零，從而消除了奇異性。 函數(shù)給定為下式：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中 是實(shí)數(shù)， 函數(shù)的宗量是 和 兩個(gè)量的乘積，即 。 函

38、數(shù)的定義是： 其中，是滿足下列方程的最小整數(shù)： 稱為大參量，是波數(shù)，是與邊緣照射形式有關(guān)的量，它的計(jì)算式如下：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,表面繞射 表面繞射射線是沿曲面行進(jìn)的。因此這一類射線和以前討論過(guò)的不同，它們總是曲線。可以證明，在曲面上適當(dāng)限定的區(qū)域內(nèi)，兩點(diǎn)之間只有一條曲線能使這兩點(diǎn)間的程長(zhǎng)為最小，這條特定的曲線稱為短程線。因此，在曲面上兩點(diǎn)A和B之間的行程就是連接A和B的短程線。但在實(shí)際應(yīng)用中，問(wèn)題通常不是要求出兩已知點(diǎn)A和B之間的射線軌跡，而是要求出從源點(diǎn)S經(jīng)過(guò)物體表面到達(dá)場(chǎng)點(diǎn)F的整條射線的軌跡。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,如下圖所示，射線SA

39、是在A點(diǎn)和表面相切的，而B(niǎo)F則是在B點(diǎn)和表面相切的，曲線是曲面上之間的短程線。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,因?yàn)锳點(diǎn)和B點(diǎn)的位置沒(méi)有預(yù)先給出，所以表面射線的追蹤一般是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它通常是用張量分析來(lái)求解的，當(dāng)然，此問(wèn)題可以用數(shù)值計(jì)算方法求解。不過(guò)，由于此問(wèn)題有多個(gè)自由參量，數(shù)值計(jì)算也可能是一個(gè)很費(fèi)時(shí)的任務(wù)，不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中在許多情況下所遇到的曲面是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，因此此問(wèn)題就可以比較有效的求解。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,可展開(kāi)的曲面,即不需要拉伸即可攤開(kāi)在一個(gè)平面上的曲面，當(dāng)曲面展開(kāi)后，曲面上的短程線就變?yōu)橐粭l直線。于是兩端點(diǎn)之間的短程線就可以簡(jiǎn)易地求得

40、。在各種不可展開(kāi)的曲面中，球面是獨(dú)特的，因?yàn)榍蛎嫔系亩坛叹€可以用顯式求得，它們就是大圓的一部分。于是球面的表面射線就是通過(guò)球心的平面上連接從 到球面的兩條切線的這一大圓的一部分。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,下面介紹在一光滑凸曲面上繞射的射線。如下圖所示的繞射物體，S和F分別是源點(diǎn)和場(chǎng)點(diǎn)，源點(diǎn)和場(chǎng)點(diǎn)之間的短程線分別在 點(diǎn)和點(diǎn) 與物體表面相切。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,距離 稱為 ，沿表面的距離 稱為 ，而距離 稱為 。這里也引入射線基坐標(biāo)系。在點(diǎn) 和點(diǎn) 之間射線的每一個(gè)點(diǎn)上都有一個(gè)與表面垂直的法線矢量 和一個(gè)與射線相切的矢量 。定義矢量 為：,高頻段天線

41、隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,在這一坐標(biāo)系中，場(chǎng)只有沿 和 的分量。設(shè)入射場(chǎng)在 激勵(lì)起一個(gè)表面場(chǎng)，此場(chǎng)沿繞射物體的表面?zhèn)鞑?，并向切線方向連續(xù)放出能量。于是沿通過(guò) 和 的切向射線傳播的場(chǎng)就構(gòu)成了 點(diǎn)的繞射場(chǎng)。因?yàn)橐言O(shè)繞射表面是理想導(dǎo)體，所以表面上的 場(chǎng)的切向分量始終等于零。另一方面，事實(shí)上在 點(diǎn)已觀察到有一個(gè)沿 的場(chǎng)分量，所以可以假設(shè)表面場(chǎng)是在表面上方一個(gè)有限的小距離處行進(jìn)，從而使 場(chǎng)的切向分量為零，同時(shí)仍可以算出切向 。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,表面場(chǎng)可以在據(jù)以導(dǎo)出繞射射線的激勵(lì)函數(shù)的基礎(chǔ)上算出。雖然激勵(lì)函數(shù)不是一個(gè)可實(shí)際觀察到的量，也不具有電場(chǎng)或磁場(chǎng)的量綱，但仍常

42、常把它稱為表面繞射場(chǎng)。激勵(lì)函數(shù)是由無(wú)窮多個(gè)彼此獨(dú)立的傳播的模式組成的。先討論第 個(gè)模式 。此模可設(shè)為：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,在此模沿表面?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，它將把能量轉(zhuǎn)交給繞射射線；其次，此模的幅度將因沿表面擴(kuò)散而衰減。為了計(jì)算衰減量，我們來(lái)研究表面射線沿表面擴(kuò)散的情況。如右圖所示：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,令 為沿射線的距離， 為 的任一分量的幅度， 為射線管的線截面。假設(shè)從 到 這段射線管內(nèi)的總能量成正比的，則可得： 其中的比例系數(shù)為 。上式積分后得： 其中 已假設(shè)為常量。 是任意參考點(diǎn)。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,在一般情況下，

43、 是射線曲率的函數(shù)，此時(shí)指數(shù)的輻角是沿射線從 到 的積分。上式的根號(hào)項(xiàng)可以解釋為擴(kuò)散因子， 則可解釋為衰減常數(shù)。于是上式中的每個(gè)分量都可以寫(xiě)成下列形式： 其中， 是在 處幅度的相位。需要指出：激勵(lì)函數(shù) 的兩個(gè)分量的衰減常數(shù) 和 一般是互不相等的。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,因此總激勵(lì)函數(shù)可寫(xiě)為： 其中 和 由上頁(yè)公式給定。如果在 點(diǎn)將激勵(lì)函數(shù)和入射場(chǎng) 聯(lián)系起來(lái)。其中 是用射線基坐標(biāo)系表示的。在 點(diǎn)有： 這里 是 次模的繞射系數(shù)，它可以寫(xiě)為：,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,其中 和 是標(biāo)量繞射系數(shù)。現(xiàn)在在 點(diǎn)的激勵(lì)函數(shù)模的值 可用前面的公式求得，于是點(diǎn)的總激勵(lì)

44、函數(shù)可以寫(xiě)為： 最后把 和 點(diǎn)的繞射場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)。繞射場(chǎng)有一條焦線在 ，另一條焦線在距 點(diǎn)處。繞射場(chǎng)要多乘一個(gè)激勵(lì)因子。,高頻段天線隔離度的計(jì)算射線追蹤與電磁場(chǎng)的計(jì)算,激勵(lì)因子 和激勵(lì)函數(shù)是線性相關(guān)的，即： 其中 是繞射系數(shù)。根據(jù)互易原理可以證明這一繞射系數(shù)具有和 一樣的函數(shù)關(guān)系式。因此，可以求得點(diǎn)的繞射場(chǎng)為： 其中， 是 的距離。,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,在天線隔離度的工程計(jì)算中，碰到的最多的是計(jì)算曲面繞射。因此，作為例子，在這里將圍繞圓錐、圓柱這兩種最常見(jiàn)的曲面展開(kāi)討論，并最終給出這兩種曲面上任意兩點(diǎn)間短程線長(zhǎng)度的解析結(jié)果，并給出圓柱表面隔離度計(jì)算公式。,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,圓錐 如圖：,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,按照以上順序求得各個(gè)值，最后即可得到短程線的長(zhǎng)度，此短程線線段即是電磁波在導(dǎo)體表面爬行過(guò)的軌跡。,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,圓柱 如圖：,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,高頻段天線隔離度的計(jì)算算法實(shí)例,按照以上順序