微带天线数值分析:辛时域有限差分方法的应用
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更新于2024-08-08
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"基于辛时域有限差分方法微带天线的数值分析 (2007年)。本文深入探讨了辛时域有限差分法(SFDTD)在微带天线计算中的应用,通过麦克斯韦方程出发,提出了高阶的空间和时间差分公式,并结合吸收边界条件,对微带天线的性能进行了精确计算,展示了其回波损耗和输入阻抗等关键参数。这种方法在天线优化设计和电磁散射计算中具有较高的实用价值。"
在无线通信领域,微带天线因其独特的优点,如低剖面、成本效益高、可集成以及适用于各种共形天线设计,而被广泛应用。随着计算能力的提升,数值计算方法在微带天线的设计和分析中占据了重要地位。时域数值计算方法,特别是辛时域有限差分法(Symplectic Finite-Difference Time-Domain,SFDTD),因其在保持物理系统的守恒性质方面的优势,近年来受到了广泛的关注。
传统的高阶差分方法在处理电磁场问题时,可能会导致相空间体积和总能量的不守恒,进而出现数值上的场量耗散。为了避免这种情况,辛算法应运而生。辛算法基于辛几何理论,保证了系统在时间演化过程中始终保持辛变换,即能量和动量等物理量得以保守,从而提高了计算的准确性和稳定性。
本文详细介绍了如何从麦克斯韦方程出发,构建5级4阶的辛时域有限差分方法。这种方法在空间上采用4阶差分,提高了计算精度。通过将吸收边界条件融入到计算模型中,可以更真实地模拟微带天线在自由空间中的行为,避免了反射效应的影响。
作者们利用这种方法计算了一种特定的微带贴片天线的性能,其中包括了回波损耗和输入阻抗这两个关键的天线参数。回波损耗是衡量天线辐射效率的重要指标,而输入阻抗则直接影响天线与馈线的匹配。计算结果证实了SFDTD方法在微带天线分析中的准确性和可靠性。
此外,这种数值方法不仅适用于天线设计的优化,还可以用于电磁散射问题的研究。在实际应用中,天线的优化设计通常需要大量的计算,SFDTD方法的高效性和准确性为这一过程提供了有力的工具。
基于辛时域有限差分法的微带天线数值分析是一种强大的计算手段,它能提供精确的天线性能数据,对于推动天线技术的进步,特别是在高速发展的通信和雷达系统中,具有重要的理论和实践意义。
2023-11-12 上传
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