[发明专利]一种宽带特征模的快速提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术，具体的说是涉及一种宽带特征模的快速提取方法。

背景技术

天线设计在日常生活、科研和军工等领域有着重要的意义，为了设计出性能优良的天线，首先要选用恰当的方法来分析天线的表面电流。天线分析方法主要有解析法和数值法。解析法包括分离变量法、正交函数展开法、镜像法、格林函数法等，它们具有明确的物理图景，能得出精确解，但只能求解比较简单的问题。数值法包括差分法、时域有限差分法(FDTD)、矩量法(MOM)、有限元法(FEM)等，这类方法不但能解决复杂形状求解域的电磁问题，而且计算速度快，适用范围广，能对工程问题给出足够精确的解，但是却不能从物理机理上对研究对象进行解释，即知其然不知其所以然，因此不适合根据特定需求来进行天线设计。

所幸的是，R.J.Garbacz和R.F.Harrington等人在矩量法的基础上提出了用特征模理论(characteristic modes theory,eigenmode theory)来分析物体的散射、辐射性质。该理论兼顾了解析法和数值法的优点：既能给电磁问题以物理解释，又能求解复杂边界的电磁问题并给出高精度的解。对指导天线设计有重要意义。虽然特征模法脱胎于矩量法，但又不同于矩量法把全域基或者分域基作为展开函数，它以物体的自然谐振模式作为展开函数来处理待求问题。这样处理的方便之处在于，物体的特征模直接反映了其自然谐振本性，该参数只与物体的几何特性有关，和激励源及工作频率无关，这使得采用特征模法进行天线分析非常灵活，因此将其应用于天线分析设计有着独特的优势。

正如任何其它理论一样，虽然特征模理论有其独特优势，但在某些方面也存在一些不足，如：应用于宽带天线的分析时，提取特征模难度大。原因在于，经典特征模理论以矩量法为基础，是一种频域方法，因此需要对不同频点处的特征模进行处理。宽带天线需要处理的频段很宽，和窄带情况相比，分析过程中存在一些特点，包括：

1.每个频率点有多个特征模，且为无序排列；

2.不同频率处的特征模数量不一定相同；

3.频带过宽时，会出现高次模，其某些特征值的大小可能和较低频率的某些特征值大小接近，但它们的特征电流分布不相同，也即它们并不是同一模式。

由于这些特点，在采用特征模理论分析天线时，尤其是宽带天线，提取特征模的工作量很大，效率极低。而由于宽带天线特征模的无序排列，目前并没有高效的特征模自动提取方法来提取宽带天线的特征模。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对现有技术存在的问题，提出一种宽带特征模的快速提取方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种宽带特征模的快速提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.计算天线的特征模参数并排序；具体方法为：分别计算矩阵的广义特征值及特征向量各两次，然后将广义特征值按降序排列。假设某频点处特征值排序为其中上标代表第n个频点(n＝1,2,…j,…),下标代表在该频点处特征值的序号，序号越大，特征值越小(i＝1,2,3,…)。例如最低频率处特征值排序为λ11>λ21>···>λi1>λi+11>···;]]>

b.提取最低频率f₁处主要特征模；具体方法为：选择最低频率处M+1个连续的主要特征模式，提取出主要特征值，假设第一个主要特征值是