Применение функций Грина стратифицированных сред для расчета поля излучения антенн вблизи отражающей поверхности
Аннотация
Рассматривается метод расчета электромагнитного поля, излучаемого апертурной антенной вблизи отражающей границы. Для анализа используется модель элемента Гюйгенса. Электромагнитное поле рассчитывается с использованием тензорных функций Грина, учитывающих неоднородную структуру среды под границей. В качестве источника рассматриваются электрический и магнитный токи. Стандартные программы электромагнитного моделирования, использующие численные методы решения, требуют определения компонентов поля во всей области выделенного бокса проектирования. Предложенный подход позволяет рассчитывать распределение амплитуды и фазы всех компонентов поля только в желаемой области. Параметры слоистой среды под отражающей границей учитываются в записи характеристических частей функций Грина, чем обеспечивается многократный выигрыш вычислительных ресурсов. Приведены картины электромагнитного поля, рассчитанные предложенным методом и в программе ANSYS HFSS. Показано, что использование объемной сетки дискретизации среды в программе ANSYS HFSS приводит к фантомным дефектам структуры поля, проявлению его асимметричности даже при симметричном положении источников. Приведены картины поля как для элемента Гюйгенса, так и открытого конца прямоугольного волновода для разных видов отражающей границы. Отмечена монотонность и физическая правдоподобность полученных решений. Рассмотрено изменение коэффициента отражения от границы с учетом кривизны фазового фронта излучателя в ближней зоне. Предложенная модель может быть применена для разработки отечественных программных средств электромагнитного моделирования.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Ansys HFSS. URL: https://www.padtinc.com/simulation/simulation-product/ ansys-hfss/ (дата обращения: 10.04.2024).
CST MICROWAVE STUDIO TUTORIAL. URL: https://fdocuments.in/document/ cst-microwave-studio-tutorial.html?page=1 (дата обращения: 10.04.2024).
Antenna Simulation Software — FEKO. URL: https://www.antenna-theory.com/ tutorial/feko/feko.php (дата обращения: 10.04.2024).
Townbridge C. W., Sykulski J. K. Some Key Developments in Computational Electromagnetics and Their Attribution. IEEE Transactions on Magnetics. 2006;42(4):503– 508.
Курушин А. А. Проектирование СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE. М.: СОЛОН-Пресс; 2018. 428 с.
Stutzman W. L., Thiele G. A. Antenna theory and design. 3rd ed. WILEY; 2013. 843 c.
Elsherbeni A. Z., Nayeri P., Reddy C. J. Antenna Analysis and Design Using FEKO Electromagnetic Simulation Software. SciTech Publishing Inc; 2014. 256 p. DOI: 10.1049/SBEW521E
Sumithral P., Thiripurasundari D. A review on Computational Electromagnetics Methods. Advanced Electromagnetics. 2017;6(1):42–55.
Mittra R. A Look at Some Challenging Problems in Computational Electromagnetics. IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2004;46(5):18–32.
Poljak D., Dorić V., Birkić M., El Khamlichi Drissi K., Lallechere S., Pajewski L. A simple analysis of dipole antenna radiation above a multilayered medium. In: Proceedings of the 9th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR). 28–30 June 2017. Edinburgh, UK. IEEE; 2017. Pp. 1–6. DOI: 10.1109/IWAGPR.2017.7996037
Garg R., Bahl I., Bozzi M. Microstrip Lines and Slotlines. 3rd ed. Artech House, Inc.; 2013. 589 c.
Balanis C. A. Antenna Theory. 4th ed. Wiley; 2016. 1072 c.
Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. М.: Энергия. 1975. 528 с.
Felsen L. B., Marcuvitz N. Radiation and Scattering of Waves. IEEE PRESS Series on Electromagnetic Waves. John Wiley & Sons, Inc.; 1994. 936 c.
Марков Г. Т., Чаплин А. Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.-Л.: Энергия; 1967. 376 с.
Панченко Б. А., Нефёдов Е. И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь; 1986. 144 с.
Соловьянова И. П., Мительман Ю. Е., Шабунин С. Н. Электродинамика и распространение радиоволн. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та; 2020. 412 с.
DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2024.8.2.005