А. А. Слободяненко1
1 Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, Россия)

1 sepwood@gmail.com

Постановка проблемы. На сегодняшний день для измерения радиотехнических характеристик сложных антенных систем, включающих в себя отражающие, фокусирующие и защитные конструкции, являющиеся рассеивающими объектами, требуется создание дорогостоящих измерительных комплексов. Поэтому существует потребность в замене натурных измерений всей системы более эффективным с экономической точки зрения полунатурным подходом, заключающимся в ее электродинамическом моделировании, основанном на результатах измерений ее отдельных компонентов.

Цель. Разработать численный метод, обеспечивающий решение задачи полунатурного моделирования излучения антенны в присутствии рассеивающих объектов.

Результаты. На основе метода моментов, реализующего численное решение интегральных уравнений теории рассеяния, предложен численный метод для решения задач полунатурного моделирования излучения антенны в присутствии рассеивающих объектов, который, используя идею пространственной декомпозиции, рекурсивно определяет токи на рассеивающем объекте и антенне, наведенные в результате многократных переотражений. На примере задачи излучения рупорной антенны и металлической трубки, расположенной вблизи ее апертуры, экспериментально показано, что предложенный метод последовательных переотражений имеет значительные преимущества в точности и качестве определения диаграммы направленности перед зарубежным подходом, основанном на использовании систем электромагнитного моделирования с импортом измерений ближнего поля. Показано, что в предложенном методе при учете переотражений между рассеивающим объектом и антенной может быть использована ее упрощенная замещающая геометрическая модель. Достоверность результатов полунатурного моделирования методом последовательных переотражений подтверждена экспериментально путем сравнительного анализа с результатами прямых измерений диаграммы направленности.

Практическая значимость. Предложенный численный метод последовательных переотражений позволяет на основе измерений ближнего поля антенны проводить достоверную оценку ее излучения в присутствии рассеивающих объектов.

Слободяненко А.А. Метод последовательных переотражений для полунатурного моделирования излучения антенны в присутствии рассеивающих объектов // Антенны. 2026. № 4. С. 56–69. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202604-06

1. Notaroš B.M. 75 years of IEEE AP-S research in computational electromagnetics // IEEE Antennas & Propagation Magazine. 2024. V. 66. № 3. P. 68–83.
2. Parini C. et al. Theory and practice of modern antenna range measurements. IET Electromagnetic Waves Series. London, UK: The Institution of Engineering and Technology. 2014.
3. Karli R., Becquaert M., Bontemps L. Assessment of the antenna mounting location on a military vehicle for jamming applications based on computational electromagnetics // International Conference on Military Communications and Information Systems (IC-MCIS). IEEE. 2023. P. 1–8.
4. Liu Z., Zhang Y., Liang C. A hybrid MoM-UTD method for analyzing isolation between antennas on airborne platform // 电子与信息学报. 2006. V. 28. № 11. P. 2167–2170.
5. Prakash V.V.S., Huang N.T., Mittra R. Accurate analysis of interaction between microwave antennas and frequency selective surface (FSS) radomes // Twelfth International Conference on Antennas and Propagation (ICAP 2003). London, UK: IEEE. 2003. P. 401–404.
6. Meng H.F., Dou W.B. Fast analysis of electrically large radome in millimeter wave band with fast multipole acceleration // Progress In Electromagnetics Research. 2011. V. 120. P. 371–385.
7. Wang X. et al. Multisolver domain decomposition method for modeling EMC effects of multiple antennas on a large air platform // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2011. V. 54. № 2. P. 375–388.
8. Saporetti M.A. et al. Measurements and simulations correlation of high reliability reflector antenna // 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). IEEE. 2016. P. 1–5.
9. Saporetti M. et al. Overview on combination of numerical modelling and near-field measurements for complex electromagnetic systems // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. IEEE. 2020. P. 1689–1690.
10. Futter P.W. et al. Combining measurement with simulation for automotive antenna placement and EMC analysis // IEEE 4th Global Electromagnetic Compatibility Conference (GEMCCON). IEEE. 2018. P. 1–4.
11. Foged L.J. et al. Bringing numerical simulation and antenna measurements together // 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014). IEEE. 2014. P. 3421–3425.
12. Davidson D.B. Computational electromagnetics for RF and microwave engineering. Cambridge University Press. 2010.
13. Taflove A., Hagness S.C. Computational electrodynamics: The finite-difference time-domain method. 3rd Ed. Boston: Artech House. 2015.
14. Harrington R.F. Field computation by moment methods. Wiley-IEEE Press. 1993.
15. Jin J.-M. The finite element method in electromagnetics. 2nd Ed. New York: Wiley. 2002.
16. Kouyoumjian R.G. Asymptotic high-frequency methods // Proceedings IEEE. 1965. V. 53. № 8. P. 864–876.
17. Wu Y.M., Chew W.C. The modern high frequency methods for solving electromagnetic scattering problems // Progress In Electromagnetics Research. 2016. V. 156. P. 63–82.
18. D'Angelo J., Mayergoyz I.D. Three dimensional RF scattering by the finite element method // IEEE Transactions on Magnetics. 2003. V. 27. № 5. P. 3827–3832.
19. García-Castillo L.E. et al. A finite element method for the analysis of radiation and scattering of electromagnetic waves on complex environments // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2005. V. 194. № 2-5. P. 637–655.
20. Scialacqua L. et al. Link between measurement and simulation applied to antenna scattering and placement problems // 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). IEEE. 2017. P. 2951–2955.
21. Alvarez Y., Las-Heras F., Pino M.R. Reconstruction of equivalent currents distribution over arbitrary three-dimensional surfaces based on integral equation algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. V. 55. № 12. P. 3460–3468.
22. Eibert T.F. et al. Electromagnetic field transformations for measurements and simulations // Progress In Electromagnetics Research. 2015. V. 151. P. 127–150.
23. Colton D., Kress R. Integral equation methods in scattering theory. New York: John Wiley & Sons. 1983.
24. Kolundzija B.M., Kolundžija B.M., Djordjević A.R. Electromagnetic modeling of composite metallic and dielectric structures. Artech House. 2002.
25. Chen X. et al. Accelerated direct solution of electromagnetic scattering via characteristic basis function method with Sherman-Morrison-Woodbury formula-based algorithm // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 10. P. 4482–4486.
26. Халмош П. Конечномерные векторные пространства. М.: РИПОЛ классик. 2013.