[发明专利]一种星载阵列天线互阻抗的计算方法

说明书

本发明是一种星载阵列天线互阻抗的计算方法，包括以下步骤：（1）馈电源的分解：将天线阵列中任意两根天线的馈电电压分解为零阶相序电压与一阶相序电压的和与差；（2）核函数的推导：求出零阶相序电压和一阶相序电压对应的核函数；（3）电流分布的求解：给出天线电流满足的积分方程，用矩量法求解天线电流分布；（4）互阻抗的计算：计算任意两根天线之间的互阻抗，从而得到天线阵列的互阻抗矩阵，首次提出了星载阵列天线互阻抗的计算方法，计算耗时少，准确度高，可为星载甚低频天线的实际工程应用提供理论指导与依据。

技术领域

本发明涉及电磁场与天线技术领域，尤其涉及对星载甚低频阵列天线的互阻抗进行计算的方法，具体是一种星载阵列天线互阻抗的计算方法。

背景技术

对于多元件的天线阵列，区别于位于等离子体中的孤立线性天线，每个天线元件都会受到自身电流产生的电磁场的影响，同时也会受到阵列中其他元件电流产生的电磁场的影响，这种效应称为相互耦合，在实际的卫星通信应用中，天线阵列各元件之间的距离很近，因此各元件之间存在着显著的相互耦合，这将从三个方面影响航天系统的效率：(1)天线阵列中携带的信号的幅度和相位将发生变化；(2)阵列元件的电流分布和输入阻抗区别于等离子体中的孤立元件，导致阵列元件与馈电网络不匹配；(3)阵列天线的效率和极化特性将被破坏；以上三个方面的不良影响不仅损害了天线本身，也损害了航天系统的能量，而这两点对实际使用至关重要，因此，在解决天基阵列天线问题时，有必要将这一基本因素考虑进去，这也有助于进一步减轻天线间相互耦合导致的不良影响，并为实际应用提供理论支持。

天基天线阵列之间的相互耦合效应尚未引起足够的重视，为了评估天线阵列的最佳性能，在天线阵列设计中必须考虑相互耦合效应，即天线的互阻抗，这主要是因为当天线强耦合时，发射天线的输入阻抗也会因工作模式和耦合天线之间的相对空间位置而发生变化，此外，由于地球磁场的影响，星载阵列天线所处的电离层在其工作的VLF频段会表现出强烈的各向异性特性，目前有关阵列天线的互阻抗计算大多关注天线位于各向同性介质中的情况，而对于星载VLF阵列天线等位于各向异性介质中的天线互阻抗计算则缺少具体有效的方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种星载阵列天线互阻抗的计算方法，可以有效的解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种星载阵列天线互阻抗的计算方法，包括以下步骤：

(1)馈电源的分解：将星载天线阵列中任意两根天线的馈电电压V_i和V_j分解为零阶相序电压V⁽⁰⁾与一阶相序电压V⁽¹⁾的和与差；

(2)核函数的推导：基于步骤(1)得到的零阶相序电压V⁽⁰⁾和一阶相序电压V⁽¹⁾，分别求出V⁽⁰⁾和V⁽¹⁾对应的核函数G⁽⁰⁾和G^(1；

(3)电流分布的求解：基于步骤(1)得到的零阶相序电压V⁽⁰⁾、一阶相序电压V⁽¹⁾，以及步骤(2)得到的核函数G⁽⁰⁾和G⁽¹⁾，分别计算这两根天线上的电流分布I_i(z’)和I_j(z’)；

(4)互阻抗的计算：利用步骤(3)得到的电流分布I_i(z’)和I_j(z’)，根据馈电电压、电流与互阻抗之间的关系，计算天线阵列中任意两根天线之间的互阻抗，从而得到星载阵列天线的互阻抗矩阵。

优选的，所述步骤(2)通过以下子步骤来实现：

(2.1)根据卫星所在高度，获取星载阵列天线周围电离层的电子密度D和碰撞频率v；