时域有限差分法在车载多天线系统中的应用

发布时间：2017-05-27 07:09

  本文关键词：时域有限差分法在车载多天线系统中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,时域有限差分方法(FDTD)在天线数值计算中取到了广泛的应用,其中复杂车体上多天线电磁兼容(EMC)分析即是当前数值计算的一大热点。由于FDTD具有形式简单、图形可视化强等优点,使得它成为车载多天线布局设计中的一个强有力辅助工具。首先,本文基于传统Yee网格推导了Maxwell方程的离散迭代方程,详细地给出了完全匹配层(PML)各个方向上电、磁导率的设计过程,推导了PML层内电、磁场分量的计算公式。通过对PML层内超越函数进行padé近似,克服了PML介质内电磁参数与自由空间电磁参数的不连续性,统一了整个计算区域迭代格式。其次,使用FDTD方法实现了对项目中的单极子天线、贴片天线S参数、方向图等电磁参数的计算,并研究了天线在规则载体上输入阻抗等的变化情况。依据等效原理,通过近-远场外推得到了天线的远场信息,接着通过简化的两种天线形式馈电模型,并利用给出的算例,分别验证了两种馈电策略的有效性。针对于天线近场区场变化比较剧烈,引入了基于坐标间变换法来生成网格步长渐变的非均匀网格技术,从而有效地减少计算网格数,并采用OpenGL技术实现了动态显示场强变化的目的。在车体等散射问题中,实现了平面波垂直与斜入射。最后,着重研究了车载多天线耦合特性及天线布局。先使用GiD完成了对复杂车体模型的网格剖分,提出了针对GiD剖分数据向Yee网格相对坐标转换方法,实现了基于共享内存OpenMP的并行FDTD计算。接着,基于车体的剖分数据,完成了以下工作:1、计算了单天线在车体不同位置上相关电磁参数,并分析车体位置对天线方向图、S参数的影响,比较出对于单天线而言的较好安装位置。2、分析了距离因素对车体双天线耦合度的影响,通过在天线可安装范围内采样有限个点,进而对得到的S21进行插值,结果表明它能够有效地预测天线的最佳安装位置,具有一定的创新性。3、分析了多天线系统中不同频率天线互耦特性及接收天线对车体上源天线方向图影响,并利用电场分布图描绘了源天线与接收天线、车体的相互耦合途径,对车体上多天线布局具有一定的指导意义。
【关键词】：FDTD 网格剖分 耦合 并行计算 电磁兼容
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.673;TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-13
• 1.3 本论文的结构安排13-14
• 第二章 天线的时域有限差分方法研究14-38
• 2.1 MAXWELL方程离散14-18
• 2.2 吸收边界条件18-28
• 2.2.1 插值吸收边界19-20
• 2.2.2 完全匹配层20-28
• 2.2.2.1 PML设计原理20-25
• 2.2.2.2 PML层实现25-27
• 2.2.2.3 PML吸收效果27-28
• 2.3 天线参数28-29
• 2.3.1 方向图28
• 2.3.2 S参数28-29
• 2.4 FDTD计算模型29-37
• 2.4.1 近-远场外推30-34
• 2.4.2 天线馈电34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 车载多天线布局及散射计算38-45
• 3.1 车载多天线布局的必要性38-39
• 3.2 FDTD计算散射模型39-44
• 3.2.1 引入平面波39-42
• 3.2.2 数值算例42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 车载多天线耦合FDTD仿真45-80
• 4.1 规则载体上的天线计算45-51
• 4.1.1 PEC上单极子天线45-46
• 4.1.2 PEC上共址天线46-47
• 4.1.3 有限导体上单极子天线47-49
• 4.1.4 导体上的线、面天线49-51
• 4.2 非均匀网格FDTD51-57
• 4.2.1 非均匀网格算法实现51-55
• 4.2.2 场强动态显示55-57
• 4.3 复杂车体模型网格剖分57-64
• 4.3.1 车体模型重现58-60
• 4.3.2 车体散射特性60-64
• 4.4 并行OPENMP-FDTD64-66
• 4.5 复杂车体上单天线电磁特性分析66-70
• 4.6 复杂车体上双天线电磁特性分析70-73
• 4.7 复杂车体上多天线耦合特性分析73-78
• 4.8 本章小结78-80
• 第五章 总结与展望80-81
• 5.1 总结80
• 5.2 研究展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻硕期间研究成果85-86

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