高技术条件下的局部战争对通信指挥提出了更高的要求,而坦克作为陆战的主要装备,其通信指挥的安全高效与否将直接影响战场态势的变化。建立有效的数学模型,准确地模拟和分析坦克天线工作时的电磁场分布,找出相关空间因素对中心质量的影响,从而为作战指挥决策提供必要的依据,而准确的计算坦克天线周围的近场是这个问题的重要一环。而时域有限差分法作为一种应用广泛,非常有效的模拟电磁问题的数值方法,能够有效的解决近场计算的问题。
本文研究、建立了坦克天线的电磁模型,利用FDTD算法计算和分析了在坦克天线工作时周围的场分布。
1 坦克天线的电磁模型
图1 坦克单极天线模型单极天线是指在靠近理想导电的地平面上有一振子,若将馈电源的一段与振子相接,而另一端接到地平面上,这样形成的天线称为单极天线,在中长波段又称它为不对称振子或接地天线,在超高频段有时又根据其外形称为刀型天线或鞭状天线。这种天线使用的波段较宽,多用于通信方面。特别是移动电台,如背负式报话机和坦克、汽车、飞机上用的通信机,它们大多采用这种天线。在中、长、短波波段上使用的这种天线,其几何尺寸较四分之一波长为小。
本文研究的坦克天线是基本上位于导体板中间的单极天线,如图所示。图中L=3m,H=3m,S=1.5m,单极天线半径为r=0.025m。
2 FDTD方法
3 计算结果
利用上面介绍的方法分别计算了在z方向的50个层面的场强,选取z=2、z=4、z=9、z=17、z=21、z=31的层面的场强数值,运用Matlab进行仿真结果的显示。
根据上图仿真结果,随着选取层面的逐渐升高,坦克天线周围的场强越来越小,离坦克车体越远场强也越小。但在坦克车体上方,由于车体是金属,容易形成反射,实现场强的叠加,距离车体平面越高,叠加效果越不明显。
基本上在50米的空间处,坦克天线通信场强基本不会形成干扰,也就是说当坦克在战斗时,根据战斗原则坦克在进攻战斗时车与车的距离为30—50米,符合战术原则,也满足技术要求。
参考文献:
[1]G Mur. The modeling of singularities in the finitedifference approximation of the time-domain electromagnetic-field equations [J]. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques. 1981, 29 (10): 1073—1077.
[2]葛德彪,阎玉波.电磁波时域有限差分方法.西安电子科技大学出版社,2002.
[3]高本庆.时域有限差分法.国防工业出版社,1995.
[4]王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法.北京大学出版社,1994.