导体平台上线天线问题的MoM-PO分析

采用高低频混合技术的混合矩量法－物理光学法(MoM-PO)分析导体平台上的线天线问题；天线与平台上不规则区域采用MoM分析，平台其他部分用PO方法计算。研究了MoM区的选择对计算精度和内存需求的影响，给出了一种考虑PO区域单元间互耦的迭代方法，以此改善PO近似带来的计算误差。分析了典型载体平台上线天线问题，研究了载体上天线的阻抗和辐射特性。数值计算结果和传统MoM结果有较好的吻合。该方法在工程应用中具有较高的实用性。
关 键 词 导体平台; 混合矩量法－物理光学法; 迭代方法; 线天线

线天线加载于导体平台上，如飞机、舰船，以及各类通信设备上的线天线问题，具有重要的研究价值。MoM[1-3]和FDTD[4-5]可以很好地分析复杂载体平台上线天线的辐射问题。传统MoM的局限性在于数值计算中未知量个数将随着目标尺寸的增大急剧增加，不能求解电大尺寸目标。其他快速方法如快速多极子方法(FMM)、多层快速多极子方法(MLFMA)也应用于分析平台上天线的辐射问题[6]。基于电流的低频/高频混合方法如MoM-PO方法在研究电大尺寸载体上的天线问题时，有很高的计算效率和较好的计算结果[7-9]。本文利用混合电场/磁场积分方程(EFIE/MFIE)的方法建立分析模型，天线与不规则区域建立EFIE，采用MoM分析；平坦规则的载体平台表面建立MFIE，运用PO近似，推导出了各区域矩阵元素表达式。考察了MoM区域的选择对数值计算精度以及储存量的影响，研究了考虑PO区域单元间互耦时的迭代方法。数值结果验证了方法的正确性和效率。
1 混合MoM-PO方法
采用积分方程求解电磁散射与辐射问题时，EFIE可用于求解开域和闭域问题，计算精度高，但收敛较慢；MFIE只能用于求解闭域问题，收敛较快但精度较低，由于一般线天线的细线结构，不能直接采用MFIE，为了同时利用EFIE和MFIE在数值计算上的优点，运用混合EFIE/MFIE方法，在天线与平台上不规则、不连续区域建立EFIE，利用MoM进行分析；其他连续、光滑区域表面建立MFIE，采用高频方法PO近似。如图1所示，导体表面以平面三角形单元剖分，分别定义MoM区和PO区RWG基函数[10]，两个区域界线上的三角形单元公共边定义为MoM区基函数JsMoM，因此以基函数定义的两个区域有重叠的部分。