机载多天线电磁特性分析的高效算法研究

The antennas for wireless telecommunications, navigation, and detecting targets are usually mounted on the large-scale platforms, such as an aircraft. Therefore, the analysis of electromagnetic compatibility (EMC) of multiple-antenna system has been a difficult issue in modern electromagnetic engineering. To achieve better electromagnetic compatibility and make sure the antennas work normally, the analysis of multiple-antenna system in the presence of aircraft has been the key techniques in the aircraft design. The most important issue of this technique is how to achieve fast and accurate analysis of multiple array antennas mounted on an aircraft. Therefore, to overcome the difficulties confronted in the analysis of multiple array antennas mounted on an aircraft when using the current algorithms and softwares, we will deeply explore the more efficient computational electromagnetic methods. The main contributions are outlined as follows: 1) A novel MoM-PO technique based on a disjointed antennas system is explored, which lays the foundation for the development of the novel algorithm; 2) The adaptive integral method-physical optics (AIM-PO) technique based on a disjointed antennas system is presented for fast analysis of multiple antennas mounted on an aircraft; 3) The MoM-PO based on the connected antennas system is developed to choose the MoM regions flexibly; 4) Finally, the software based on the novel AIM-PO algorithm of multiple-antenna system is developed for fast analysis of multiple array antennas in the presence of aircraft.

飞机等电大尺寸平台上装载着各种用途如通信、导航、探测目标的天线，因此多天线系统的电磁兼容性(EMC)分析一直是现代电磁工程中的难点课题之一。为了实现良好的兼容性，并使天线的性能得到正常发挥，机载多天线系统的电磁兼容性(EMC)分析成为了机载天线设计关键技术里的重中之重。而发展该项技术首要解决的问题是如何快速精确分析机载多天线系统的电磁特性。因此本项目将深入研究高效的电磁计算方法，以解决当前算法和仿真软件在分析机载多天线电磁特性的薄弱环节。主要的创新性包括：1）探索基于离散多天线系统的MoM-PO算法，为新算法的发展奠定基础；2）研究基于离散多天线系统的AIM-PO算法，并将其用于高效分析机载多个线天线的辐射特性；3）实现基于连接结构多天线系统的MoM-PO算法，从而可灵活选取MoM区域；4）开发出基于多天线系统AIM-PO算法的软件高效分析机载多阵列天线的电磁特性。

飞机等电大尺寸平台上装载着各种用途如通信、导航、探测目标的天线，因此多天线系统的电磁兼容性(EMC)分析一直是现代电磁工程中的难点课题之一。为了实现良好的兼容性，并使天线的性能得到正常发挥，机载多天线系统的电磁兼容性(EMC)分析成为了机载天线设计关键技术里的重中之重。本项目深入研究了高效的电磁算法，并将其用于目标电磁散射分析以及机载多天线系统的辐射特性分析中。本项目在以下几个方面取得重要进展和成果：（1）研究了基于区域分解的矩量法(MoM)和自适应积分算法(AIM)，对每个子区域可独立求解，通过强加边界条件保证电流的连续性，利用迭代求解每个子区域上的表面电流从而高效求解得到整个目标上的电流密度。（2）发展了高效快速扫频技术，针对传统AIM和AIM-PO需要逐个频点求解积分方程消耗大量时间的问题，通过将切比雪夫逼近引入AIM-PO以及将渐进波形估计技术引入基于线面连接的AIM中，实现了机载天线宽带特性的高效计算。（3）开发了高阶矩量法与多层快速多极子的混合算法，将介质阵列天线区域采用高阶矩量法求解，平台采用多层快速多极子分析，通过考虑他们之间的耦合，利用迭代算法求解整个区域上的感应电流和感应磁流，从而可高效分析机载阵列天线的辐射特性。（4）研究出基于多天线系统的高低频混合算法，将每一个天线及其附近区域划分为MoM区域，平台划分为PO区域，通过考虑多个MoM区域之间的耦合以及MoM区域与PO区域之间的耦合，利用迭代算法求解多个MoM区域和PO区域上的表面电流，进而得到机载多天线系统的辐射特性。