微帶天線ＲＣＳ計算

摘 要：在采用基于混合位積分方程的矩量法分析微帶天線RCS時，首先采用二級離散復鏡像法求解空域格林函數，從而大大提高了矩量法的計算效率，然后利用三角形網格剖分計算目標，也使得矩量法更適合分析復雜結構。采用本文方法的計算結果也和相關文獻的計算結果相一致，從而驗證了本文方法的高效性和正確性。

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關鍵詞：矩量法；離散復鏡像法；微帶天線；RCS

中圖分類號：TN82 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0102302

Calculations of Microstrip Antenna RCS

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SHI Lei，DONG Xu，JIAO Yi

(Xi′an Communication Institute，Xi′an，710106，China)

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Abstract：In analyzing the RCS of microstrip antennas by MPIE-MoM，the two-level approximation discrete complex image method is applied to obtain spatial-domain Green′s function，which enhance computing efficiency.Triangular facets are used to approximate the surface of object.Hence the MoM is suitable to analyze complex structure.The result is as the same as the document given，so the method in this text is fast and right.

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Keywords：MoM;discrete complex image method;microstrip antenna;RCS

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微帶天線具有尺寸小、重量輕、成本低、易于廣角掃描，并能與飛行器表面共形等許多優點，有著廣泛的應用前景，因此對于微帶天線的研究也越來越受到人們的重視。目前研究微帶天線輻射和散射的主要方法之一就是采用基于混合位積分方程的空域矩量法。該方法利用基于廣義函數束方法(GPOF) [1]的二級離散復鏡像法^[2]計算了微帶結構下的空域格林函數，避免了對表面波項和準動態項的提取，大大提高了矩量法的計算效率，并采用RWG基^[3]作為MoM的基函數，從而使該方法能夠很好地對大型微帶陣列以及復雜散射體的表面進行剖分。本文將以此方法計算微帶天線RCS，并驗證其正確性。

1 二級離散復鏡像方法

本文采用基于GPOF方法的二級DCIM方法，克服了Prony方法^[4]受噪聲影響大、計算精度差的缺點，從而提高了DCIM方法的指數擬合精度，也使DCIM方法的適用范圍增大。在DCIM方法的應用中，首先由譜域格林函數進行漢克爾反變換得到空域格林函數：

其中G和分別表示空域和譜域格林函數，H(2)0表示第二類的零階漢克函數，SIP表示Sommerfeld積分路徑。本文選取一條二級積分路徑：

從原始的函數(kρ)中減去近似函數f(kρ)所得的余函數，沿Cap2對其進行均勻采樣。對Cap2而言無需很多采樣點，就可以很好地拾取余函數的特性。再利用GPOF方法擬合，于是有：

2 混合位積分方程

空域混合位積分方程(MPIE)是將混合積分方程離散化，該方法的關鍵問題在于將譜域格林函數轉變為空域格林函數。設E[WTBX]i為入射場，則混合位積分方程為：

其中N是貼片上的基函數個數，即對微帶陣列進行剖分時產生的公共邊個數。于是混合積分方程就轉化為矩陣方程：

其中[WTHX]I[WTBX]為長度N的電流列矢量，他包含了式(9)中的未知系數In，[WTHX]Z[WTBX]為N×N元阻抗矩陣，[WTHX]V[WTBX]是長度為N的激勵列矢量。阻抗矩陣[WTHX]Z[WTBX]中的元素為：

其中f[WTBX]i和f[WTBX]j分別指權函數和基函數，Ti和T′j分別指f[WTBX]i和f[WTBX]j的有效面元。通過高斯積分公式可以求得表面電流J[WTBX]，再通過互易定理求得遠場的方向圖。

3 計算結果及分析

應用本文方法計算單片微帶天線的雷達散射截面。假設基帶厚度h=158 mm，介電常數εr=217，貼片大小在x和y方向分別為L=366 mm和W=26 mm。計算其在頻率范圍為f=2~5 GHz，入射角為θi=60°，φi=45°的入射波照射下，單站RCS隨頻率變化的趨勢，如圖1所示。

將該結果與文獻[5]中的結果進行對比，如圖2所示，可以發現頻率在2~5 GHz時本文計算的單站RCS隨頻

率的變化趨勢和文獻中的結果還是比較吻合的，從而證明了本文方法的正確性。

參 考 文 獻

［1］Hua Y，Sarkar T K.Generalized Pencil-of-Function Method for Extracting Poles of an EM System from Its Transient Response[J].IEEE Trans.on AP，1989，37:229-234.

［2］Chow Y L，Yang J J，Fang D G，et al.A Closed-form Spatial Green′s Function for Thick Microship Substrate[J].IEEE Trans.Microwave Theory Tec.，1991，39(3):588-592.

［3］Rao S M，Wilton D R.Glisson A W.Electromagnetic Scattering by Surfaces of Arbitrary Shape[J].Acoustics，Speech Signal Processing，1990，38(5):814-824.

［4］Van Blaricum M L，Mittra R.A Technique for Extracting the Poles and Residues of a System Directly from its Transient Response[J].IEEE Trans.on AP，1975，23:777-781.

［5］Wang C F，Ling F，Jin J M.A Fast Full-wave Analysis of Scattering and Radiation from Large Finite Arrays of Microstrip Antennas[J].IEEE Trans.on AP，1998，46:1 467-1 474.

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作者簡介 石 磊 男，1981年出生，2003年畢業于西安通信學院電信交換專業，并留校任教，現擔任西安通信學院軍務科通信參謀。主要從事電信交換、光纖通信、無線通信等方面的研究。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”