物理光學(xué)方法在艦船天線輻射特性中的應(yīng)用探究

摘 要 在現(xiàn)代艦船的應(yīng)用當(dāng)中，其是將通信功能與無線導(dǎo)航功能融為一體的重要設(shè)備。通常情況下，通信系統(tǒng)頻率并不能夠覆蓋較多的事項，因此為了解決這一問題，開始將物理光學(xué)方法應(yīng)用于艦船天線輻射天線中。本文則主要針對物理光學(xué)方法在艦船天線輻射特性中的應(yīng)用展開了探討與分析。

關(guān)鍵詞 物理光學(xué)方法;艦船天線輻射特性;應(yīng)用情況

1物理光學(xué)分析法

物理光學(xué)分析法主要是作為經(jīng)典的理論課程而存在的。通常情況下，物理光學(xué)分析法多是的指矩量法，其可將單純的積分方程轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?yīng)的矩陣方程，并且充分發(fā)揮計算機程序的作用來幫助技術(shù)人員得出天線電流分布規(guī)律等相關(guān)數(shù)值。整個物理光學(xué)分析法應(yīng)用的原因在于：其一，若假定一般形式的積分方程為L（u）=g，而在這一積分方程的計算過程中，u為本次研究所需求的函數(shù)，如電流，L為積分算子，而g為已知的激勵源函數(shù)，若選擇一組基數(shù)函數(shù)f1，f2……fN來展現(xiàn)未知函數(shù)u：u=a1f1 a1f2 …… aNfN=其中為未知系數(shù)向量，為其展開的函數(shù)向量，將積分方程展開后得到的、為：=a1，a2……aN;=f1，f2……fN將兩者代入積分方程得到如下結(jié)果：anL（fn）=g然后對該式進行加權(quán)：an=m=1，2……，M利用算子的線性及內(nèi)積的性質(zhì)將加權(quán)后的公式轉(zhuǎn)化為矩陣方程：[an]=a1a2·aNgm·[lmn]=[;;][;;]……[;;]為了簡化計算基函數(shù)采用矩形脈沖函數(shù)，權(quán)函數(shù)采用了δ（沖擊）函數(shù)。得到電流的系數(shù)向量后，便可求得遠區(qū)場如下：（）=-w[Aθ（） A（）？]=-wA（）需要注意的是在由逆矩陣求解未知函數(shù)（電流）的過程中，基函數(shù)與權(quán)函數(shù)的取舍問題[1]。

第二，物理光學(xué)作為高頻近似分析方法的一種，其最大的特點在于將光視作了一種電磁波形式。該方法在應(yīng)用過程中需理論時就不得不做出以下兩種假設(shè)：第一，感應(yīng)電流只存在于入射波直接照射區(qū)域內(nèi)的物體表面;物體感應(yīng)電流特性與入射點同物體表面形成的電流特性是一致的。由圖1所示，將整個散射體看作一個電大尺寸，能夠得到有關(guān)該導(dǎo)體表面感應(yīng)電流的近似分布值。

2物理光學(xué)在預(yù)測線天線輻射模型的應(yīng)用案例

為了保證天線輻射模型預(yù)測結(jié)果，將新模型MOMTD/FDTD混合方法應(yīng)用其中可獲得良好的效果，混合方法的使用首先是將整個目標(biāo)區(qū)分成MM區(qū)和PO區(qū)，其上電流分布分別為JMM和JPO，在MM區(qū)，電流滿足電場積分方程FDTD則比較適合應(yīng)用在模擬電磁波在一些復(fù)雜電磁環(huán)境之中的傳播問題，對于散射體以及天線之間出現(xiàn)的直接耦合等問題，也要求將其考慮在范圍內(nèi)，進而需要對其做好仿真計算。

由于色散煤質(zhì)的電磁參數(shù)會根據(jù)電磁波的具體電磁波頻率之間的具體的變化發(fā)生而變動。對于寬頻帶電磁波和同色煤質(zhì)之間的實際作用，要求對數(shù)值做好仔細研究[2]。

3矩量法的應(yīng)用

對于嵌地線天線，源電流和檢驗電流所處的相對位置不同，其格林函數(shù)具有不同形式的表達式。在求取阻抗矩陣時，將Sommerfrld積分的計算分下面四種情況分別采用不同的方法。源電流和檢驗電流都在上半空間，阻抗元素計算過程中，場、源點均在上半空間，采用傳統(tǒng)的二級DCIM計算格林函數(shù)中所包含的Sommerfrld積分，源電流在下半空間，檢驗電流在上半空間，阻抗元素計算過程中，源點在下半空間，場點在上半空間，可采用二維離散復(fù)鏡像法計算格林函數(shù)中所包含的Sommerfrld積分，以避免煩瑣的插值運算。源電流在上半空間，檢驗電流在下半空間。阻抗元素計算過程中，源點在上半空間，場點在下半空間，需要采用改進的二維DCIM計算格林函數(shù)中所包含的Sommerfrld積分，以避免介質(zhì)的有耗特性給計算帶來的錯誤。

源電流和檢驗電流都在下半空間場源點均在下半空間，如果下層媒質(zhì)是無耗的，可采用傳統(tǒng)的二級DCIM方法計算格林函數(shù)中所包含的Sommerfrld積分;計算過程中，無論是采用傳統(tǒng)的二級DCIM、2D-DCIM還是改進的2D-DCIM，如果電磁目標(biāo)的電尺寸較大（Ig（koρ）>1），都需要采用增強DCIM的采樣路徑。

4結(jié)束語

綜上所述，將物理光學(xué)方法應(yīng)用于艦船天線輻射場時，可通過前期細致地討論與計算得出最終結(jié)果，時域準(zhǔn)確情況下天線在自由空間中出現(xiàn)的輻射場及天線間彼此耦合的結(jié)果，從根本上實現(xiàn)對艦船天線輻射特性準(zhǔn)確性的提升。

參考文獻

[1] 曹霞，吳玲，張紅劍.基于物理光學(xué)方法的艦船天線輻射特性研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018，40（20）：151-153.

[2] 梁宇宏.物理光學(xué)方法在預(yù)測線天線輻射模型中的運用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（6）：134-135.

作者簡介

李新龍（1996-），男，四川省儀隴縣復(fù)興鎮(zhèn)人;在讀學(xué)生，學(xué)歷：本科，研究方向：光學(xué)。