物理光学法在天线问题上的应用探析

赵泽林

摘要：本文通过使用文献资料法和经验研究法，以物理光学法的概念综述作为切入点，从天线罩分析以及天线口面分块中物理光学法的有效应用展开了深入的研究和分析，以便为今后天线问题中物理光学法的有效应用及范围拓宽提供相应的借鉴和参考。

关键词：物理光学法;天线问题;应用

1、物理光学法概述

波的传播和散射在高频场内存在局部特征的情形下，可以通过给定一个观察点领域内部的场，并非对整个初始表面的场部分，而是取决于这个表面存在的一个有限部分。而波的传播和散射从初始表面这个部分到观察点之间进行的能量传输，则是在传播轨迹附近存在的一个有限体积空间进行的，同时这一轨迹也是几何光学的射线路径。故此，平面波的基本特征就是高频场属性值局部较低的一个重要表现。而一般情况下，存在于局部场内的波前则被人们视为和射线路径垂直的平面，场的振幅可以在一个波长量级距离上随着逐渐的变化而被忽略，高频场中所存在的高频波自身出现的实际散失和传播问题，可以借助几何光学的分析方式来实现。这里所提及到的几何光学法就是将均匀媒介中光的直线传播定律和不同媒介中界面的光线反射和折射定律作为基础，并且将光视为光能量传播方向上的几何线，故此也被人们称之为射线和光线。通过使用几何运算的数学方式，对光线的基本传播规律进行有效的分析，这就是人们经常所说的几何基本定律。但是这种方式只适用于光的抽象客观表现研究，并没有涉及到光线的本质，一般情况下只是在波动光学波长为零情况下的一种近似。而物理光学法则是以几何光学方法作为基础而诞生的，是一种能够将入射电磁场作为基础来有效计算表面电磁流的一种高频方式，适合使用在散射结构内部的曲率比入射波长数值相对较高的情况下。

2、天线问题中物理光学法的应用探析

2.1应用在天线罩分析中

物理光学法可以用于研究天线带有天线罩情况下的辐射特性，并能够将天线辐射场作为基础来计算天线罩表面的等效电磁流，随后将这一计算结果作为出发点更好的计算出远区场。在实际的应用过程中，主要采用的是口面积分结合表面积分的方式，有效的将天线附近的近区辐射场和远区辐射场进行计算。而在当前计算机技术快速发展的时代背景下，这一计算化中所需要的计算量问题已经不再是制约这一方法有效应用的因素，这一方式本身具备着较为清晰的物理意义，且操作较为简便，这一计算方式的使用可以针对任何口面形状、口面分布的天线口面进行有效的分析，本身具有更为强烈的实用性。在使用物理光学法针对有天线罩的天线进行分析的时候，需要将天线罩内表面上的天线辐射场具体数值进行计算，并且天线罩处于天线的近场区域及其天线辐射场的实际计算公式需要采用进场辐射公式。同时在这个环节中，近场需要将天线坐标系转化为天线罩坐标系，随后根据天线罩罩壁的实际传输系数，将天线罩外表面上的传输场进行有效的计算，将其表面所存在的等效电流以及等效磁流数值进行精准的计算。在此之后，需要在天线罩的外表面上进行表面积分的计算，并将存在天线罩情况下的天线远区方向图进行有效的绘制。此后，需要针对天线有罩和无罩情况下的远区方向图进行合理的对比，随后便可以得到在一定扫瞄角状态下的天线罩瞄准误差。在得出天线罩的实际瞄准误差数值之后，通过和扫描角数值进行相比处理，并可得到瞄准误差斜率。天线发射场在经过天线罩之后的辐射场，是和整个天线罩的结构外形有着较大的关联。故此，在天线发射场经过天线罩之后的传输功率以及单层介质平板中的透射率存在着一定程度的差异，在这种情况下，就可以通过使用物理光学法，将存在天线罩时候的天线远区场峰值和无罩情况下的远场峰值数值之比的模数值平方称为天线发射场通过天线罩的功率传输结果。

2.2应用在天线口面分块中

图1展示了天线口面的剖分示意图，在具体的口面剖分过程中需要遵循如下的几项原则：沿着xa，ya方向从负半轴出发，按照λ/ 4整个天线口面分块划分成为正方形分块。对天线口面分块之后的每一块进行面积分计算就是天线口面积分，其中各个场点的电场强度也就是全部分块在该点所产生的强度数值的总和。对于边缘区并不呈现正方形的区域来说，仍旧需要对其中的部分区域按照正方形进行积分，其中的部分区域则需要进行舍弃。在舍弃的环节中需要遵循的基本原则是最终分块边缘区中心点如果在圆内或边缘上就算作一个正方形，则需要对其进行面积分，如若中心点在圆外的情况下，则需要对这一区域进行舍弃。通过这种有效增减的方式，可以在有效满足各种工程精度需要的前提下，有效的开展天线口面处理分析。通过使用物理光学法，可以将天线纵块的中心点坐标、天线分开的坐标上下线以及天线罩内表面每块的中心点坐标进行有效的求解。通过使用积分函数方式可以将天线辐射到天线罩内表面上任意分块的入射场进行有效的求解。其中最为常用的方式是辛扑生积分法，可以很好地将被积函数、积分的上下限和精度数值代入公式之后求解出天线分块场内的每一点入射场。

3、总结

物理光学法的實际优点就是程序编写较为简易，可以更好的展示天线方向图的具体状况。本文通过分析物理光学法在天线罩分析以及天线口面分析中的具体应用得出，该种方式能够有效地得出较为精准的计算结果。物理光学法在天线问题解决过程中占据十分重要的地位，因为天线罩壁自身的几何外形或者是厚度数值不均匀会导致天线罩出现瞄准误差，可以通过使用补偿方法来有效提高天线罩系统的电磁性能。

参考文献

[1]杨勇.采用一维物理光学法的天线罩瞄准误差补偿[J].电讯技术，2019，59（08）：918-924.

[2]王璐璐，黄文华，章勇华，方文饶.物理光学法分析反射面天线辐射场[J].强激光与粒子束，2018，30（06）：53-57.

（四川轻化工大学 643002）