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球面波展开(Spherical Wave Expansion, SWE)

9月前浏览1982



球面波展开(Spherical Wave Expansion, SWE)是分析球形结构中电磁场的核心数学工具。

目录



   
  • 球面波展开    
  • SWE的物理意义与优势    
  • 参考资料    
 
 

 
     



*

As shown below👇

*球面波展开

将任意电磁场分解为球面波模态(如 Mmn ,Nmn )的叠加,类似傅里叶变换中将信号分解为正弦波。

1、场量展开

电磁场表示为球面波叠加

 

其中:

Mmn :TE波(磁偶极子场)

Nmn :TM波(电偶极子场)

ψmn :标量球谐函数,含贝塞尔函数Zn (kr) 和缔合勒让德函数Pnm (cosθ)


2、激励源建模

植入天线等效为电偶极子或磁偶极子:

电偶极子 → 激励TM模 (bmn 主导)

磁偶极子 → 激励TE模 (amn 主导)


3、边界条件匹配

在球体边界(r=rbody )匹配切向场:

内部场(球形介质):用第一类球贝塞尔函数 jn (kbody r)(有限值)

外部场(自由空间):用球汉克尔函数 hn(2) (k0 r)(辐射条件)

反射/透射:通过阻抗连续性求反射系数 T


4、参数提取

从主导模态系数解析导出目标参数:


 





*SWE的物理意义与优势

仅需分析最低阶TM模(n=1)即可捕获主导损耗机制。

 
 



参考文献



   

[1] Z. Šipuš, M. Gao, M. Bosiljevac, and A. K. Skrivervik, “Spherical Human Phantoms for Characterization of Implanted Antennas,” in 2024 International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks (SoftCOM), Sep. 2024, pp. 1–5. doi: 10.23919/SoftCOM62040.2024.10721761.


          



来源:微波工程仿真
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首次发布时间:2026-01-02
最近编辑:9月前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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天线的阻抗匹配分析

天线可以看作是一个导行波转空间波的转换器。从空口端看天线的,空气的阻抗虽然是377Ω,但是应用场景和需求下,对天线的要求不仅仅是匹配空气,还需要考虑周围环境比如基板,还需要考虑方向性等等。因此从空口去看,天线的阻抗这个参数不适用于衡量天线和空气之间的性能。目录从输入端口分析从空口分析参考资料*Asshownbelow👇*从输入端口分析一般说的阻抗匹配是从发射机考虑的,从馈电端口看进去的,需要把1、天线辐射结构部分的阻抗,和2、馈电(一般用50Ω)两个部分匹配。计算微带天线辐射部分(也就是贴片)的阻抗时,是将贴片当作微带线估算其特性阻抗的。从这里可以看出辐射贴片的阻抗不是以端口为准的,是以能有效辐射设计的。*从空口分析辐射性能一般不用阻抗来衡量,主要用增益、方向性、效率这些参数。如果非要用阻抗匹配理解,也可以把贴片当作一个匹配转换器,从空口看天线,那么贴片的阻抗也是为匹配377Ω和端口一端的阻抗的。但是空口并不都是空气,还要考虑板子、天线罩,以及方向性或者其他指标。所以辐射性能的衡量,用阻抗就不太全面。参考文献[1]C.A.Balanis,AntennaTheory:AnalysisandDesign,4thed.Hoboken,NewJersey:JohnWiley&Sons,Inc,2015.来源:微波工程仿真

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