[发明专利]一种鼓形低频机械天线的解析建模方法

摘要

本发明涉及低频通信技术领域，提供一种基于柔性驻极体材料鼓形低频机械天线产生磁场的解析建模方法，包括下述步骤：S1:分析并简化鼓形旋转柔性驻极体式机械天线的结构；S2:根据简化结构和所需公式建立鼓形旋转柔性驻极体式机械天线二维横截面产生磁场的解析模型；S3:利用所建立的鼓形旋转柔性驻极体式机械天线的二维横截面模型建立三维鼓形旋转柔性驻极体式机械天线产生磁场的解析模型。

主权项

1.一种基于柔性驻极体材料鼓形低频机械天线产生磁场的解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:分析并简化鼓形柔性驻极体式机械天线的结构：由于柔性驻极体薄膜较薄，而支撑材料不带电。因此可认为鼓形柔性驻极体式机械天线带电部分为鼓型的外表面，则其横截面中带电部分为一带电圆环。S2:根据S1中简化结构建立无耗媒质中鼓形柔性驻极体式机械天线横截面产生磁场的解析模型：柔性驻极体薄膜上带有一定量的电荷，通过旋转产生环形电流，进而产生磁场。磁场使用毕奥‑萨伐尔定理进行计算，发射天线中每个电流微元产生的磁感应强度B_mic：其中μ₀为磁介质常数，I为通过微元的电流，为长度微元，为从微元指向计算磁场点的单位方向向量，D为微元指向计算磁场点的距离。而根据电流和运动电荷的关系，通过每个微元长度的电流又可表示为：其中n为电荷数，S为导体横截面面积，q为电荷带电量，为电荷运动速度矢量。易知电荷密度σ：σ＝nqS    (3)因此，电流可表示为：则每个电流微元产生磁感应强度变为：对磁感应强度微元进行环路积分可得出：S3:基于S2中鼓形柔性驻极体式机械天线横截面产生磁场的解析模型，建立无耗媒质中鼓形柔性驻极体式机械天线产生磁场的解析模型：对于整个鼓形天线产生的磁场，可认为是每一个平面圆环产生磁场的叠加，因此可用每个平面圆环所产生磁场在竖直方向上的积分来计算(使用球坐标系，坐标原点在鼓形心)。S4:基于S3中无耗媒质中鼓形柔性驻极体式机械天线产生磁场的解析模型，建立有耗媒质中鼓形柔性驻极体式机械天线产生磁场的解析模型：由电磁波在磁场中衰减公式：其中B₀为空间中某点磁感应强度矢量(按正弦规律变化)模的最大值，α为衰减系数，β为相位系数，L为该点到原点距离，ω为电磁波频率，为初始相位角。将S3中计算的无耗媒质中对应点的磁感应强度矢量的最大值带入可得：其中为无耗媒质中对应点的磁感应强度矢量的最大值，B_损为有耗媒质中对应点磁感应强度。