物理光學(xué)法在天線問題上的應(yīng)用探析

趙澤林

摘要：本文通過使用文獻(xiàn)資料法和經(jīng)驗研究法，以物理光學(xué)法的概念綜述作為切入點，從天線罩分析以及天線口面分塊中物理光學(xué)法的有效應(yīng)用展開了深入的研究和分析，以便為今后天線問題中物理光學(xué)法的有效應(yīng)用及范圍拓寬提供相應(yīng)的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：物理光學(xué)法;天線問題;應(yīng)用

1、物理光學(xué)法概述

波的傳播和散射在高頻場內(nèi)存在局部特征的情形下，可以通過給定一個觀察點領(lǐng)域內(nèi)部的場，并非對整個初始表面的場部分，而是取決于這個表面存在的一個有限部分。而波的傳播和散射從初始表面這個部分到觀察點之間進(jìn)行的能量傳輸，則是在傳播軌跡附近存在的一個有限體積空間進(jìn)行的，同時這一軌跡也是幾何光學(xué)的射線路徑。故此，平面波的基本特征就是高頻場屬性值局部較低的一個重要表現(xiàn)。而一般情況下，存在于局部場內(nèi)的波前則被人們視為和射線路徑垂直的平面，場的振幅可以在一個波長量級距離上隨著逐漸的變化而被忽略，高頻場中所存在的高頻波自身出現(xiàn)的實際散失和傳播問題，可以借助幾何光學(xué)的分析方式來實現(xiàn)。這里所提及到的幾何光學(xué)法就是將均勻媒介中光的直線傳播定律和不同媒介中界面的光線反射和折射定律作為基礎(chǔ)，并且將光視為光能量傳播方向上的幾何線，故此也被人們稱之為射線和光線。通過使用幾何運算的數(shù)學(xué)方式，對光線的基本傳播規(guī)律進(jìn)行有效的分析，這就是人們經(jīng)常所說的幾何基本定律。但是這種方式只適用于光的抽象客觀表現(xiàn)研究，并沒有涉及到光線的本質(zhì)，一般情況下只是在波動光學(xué)波長為零情況下的一種近似。而物理光學(xué)法則是以幾何光學(xué)方法作為基礎(chǔ)而誕生的，是一種能夠?qū)⑷肷潆姶艌鲎鳛榛A(chǔ)來有效計算表面電磁流的一種高頻方式，適合使用在散射結(jié)構(gòu)內(nèi)部的曲率比入射波長數(shù)值相對較高的情況下。

2、天線問題中物理光學(xué)法的應(yīng)用探析

2.1應(yīng)用在天線罩分析中

物理光學(xué)法可以用于研究天線帶有天線罩情況下的輻射特性，并能夠?qū)⑻炀€輻射場作為基礎(chǔ)來計算天線罩表面的等效電磁流，隨后將這一計算結(jié)果作為出發(fā)點更好的計算出遠(yuǎn)區(qū)場。在實際的應(yīng)用過程中，主要采用的是口面積分結(jié)合表面積分的方式，有效的將天線附近的近區(qū)輻射場和遠(yuǎn)區(qū)輻射場進(jìn)行計算。而在當(dāng)前計算機技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，這一計算化中所需要的計算量問題已經(jīng)不再是制約這一方法有效應(yīng)用的因素，這一方式本身具備著較為清晰的物理意義，且操作較為簡便，這一計算方式的使用可以針對任何口面形狀、口面分布的天線口面進(jìn)行有效的分析，本身具有更為強烈的實用性。在使用物理光學(xué)法針對有天線罩的天線進(jìn)行分析的時候，需要將天線罩內(nèi)表面上的天線輻射場具體數(shù)值進(jìn)行計算，并且天線罩處于天線的近場區(qū)域及其天線輻射場的實際計算公式需要采用進(jìn)場輻射公式。同時在這個環(huán)節(jié)中，近場需要將天線坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為天線罩坐標(biāo)系，隨后根據(jù)天線罩罩壁的實際傳輸系數(shù)，將天線罩外表面上的傳輸場進(jìn)行有效的計算，將其表面所存在的等效電流以及等效磁流數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)的計算。在此之后，需要在天線罩的外表面上進(jìn)行表面積分的計算，并將存在天線罩情況下的天線遠(yuǎn)區(qū)方向圖進(jìn)行有效的繪制。此后，需要針對天線有罩和無罩情況下的遠(yuǎn)區(qū)方向圖進(jìn)行合理的對比，隨后便可以得到在一定掃瞄角狀態(tài)下的天線罩瞄準(zhǔn)誤差。在得出天線罩的實際瞄準(zhǔn)誤差數(shù)值之后，通過和掃描角數(shù)值進(jìn)行相比處理，并可得到瞄準(zhǔn)誤差斜率。天線發(fā)射場在經(jīng)過天線罩之后的輻射場，是和整個天線罩的結(jié)構(gòu)外形有著較大的關(guān)聯(lián)。故此，在天線發(fā)射場經(jīng)過天線罩之后的傳輸功率以及單層介質(zhì)平板中的透射率存在著一定程度的差異，在這種情況下，就可以通過使用物理光學(xué)法，將存在天線罩時候的天線遠(yuǎn)區(qū)場峰值和無罩情況下的遠(yuǎn)場峰值數(shù)值之比的模數(shù)值平方稱為天線發(fā)射場通過天線罩的功率傳輸結(jié)果。

2.2應(yīng)用在天線口面分塊中

圖1展示了天線口面的剖分示意圖，在具體的口面剖分過程中需要遵循如下的幾項原則：沿著xa，ya方向從負(fù)半軸出發(fā)，按照λ/ 4整個天線口面分塊劃分成為正方形分塊。對天線口面分塊之后的每一塊進(jìn)行面積分計算就是天線口面積分，其中各個場點的電場強度也就是全部分塊在該點所產(chǎn)生的強度數(shù)值的總和。對于邊緣區(qū)并不呈現(xiàn)正方形的區(qū)域來說，仍舊需要對其中的部分區(qū)域按照正方形進(jìn)行積分，其中的部分區(qū)域則需要進(jìn)行舍棄。在舍棄的環(huán)節(jié)中需要遵循的基本原則是最終分塊邊緣區(qū)中心點如果在圓內(nèi)或邊緣上就算作一個正方形，則需要對其進(jìn)行面積分，如若中心點在圓外的情況下，則需要對這一區(qū)域進(jìn)行舍棄。通過這種有效增減的方式，可以在有效滿足各種工程精度需要的前提下，有效的開展天線口面處理分析。通過使用物理光學(xué)法，可以將天線縱塊的中心點坐標(biāo)、天線分開的坐標(biāo)上下線以及天線罩內(nèi)表面每塊的中心點坐標(biāo)進(jìn)行有效的求解。通過使用積分函數(shù)方式可以將天線輻射到天線罩內(nèi)表面上任意分塊的入射場進(jìn)行有效的求解。其中最為常用的方式是辛撲生積分法，可以很好地將被積函數(shù)、積分的上下限和精度數(shù)值代入公式之后求解出天線分塊場內(nèi)的每一點入射場。

3、總結(jié)

物理光學(xué)法的實際優(yōu)點就是程序編寫較為簡易，可以更好的展示天線方向圖的具體狀況。本文通過分析物理光學(xué)法在天線罩分析以及天線口面分析中的具體應(yīng)用得出，該種方式能夠有效地得出較為精準(zhǔn)的計算結(jié)果。物理光學(xué)法在天線問題解決過程中占據(jù)十分重要的地位，因為天線罩壁自身的幾何外形或者是厚度數(shù)值不均勻會導(dǎo)致天線罩出現(xiàn)瞄準(zhǔn)誤差，可以通過使用補償方法來有效提高天線罩系統(tǒng)的電磁性能。

參考文獻(xiàn)

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（四川輕化工大學(xué)?643002）