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可编程超表面电磁波散射特性及其优化

可编程超表面电磁波散射特性及其优化

作者：张梓福哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

数字超材料（超表面）是一种比较新颖的超材料设计方法。该方法引入了计算机优化算法对选定的基本比特单元按照一定的空间分布进行排列组合,最终得到能够实现预期功能的超材料。这种方法大大降低了设计过程中的人力成本,简化了超材料的... 详细信息

数字超材料（超表面）是一种比较新颖的超材料设计方法。该方法引入了计算机优化算法对选定的基本比特单元按照一定的空间分布进行排列组合,最终得到能够实现预期功能的超材料。这种方法大大降低了设计过程中的人力成本,简化了超材料的设计流程,降低了超材料的设计时间成本。本文首先选定了性质相反的两个单元结构作为数字超表面的基本比特单元。然后,在MATLAB环境下编写了控制脚本完成MATLAB与全波仿真软件HFSS之间的数据通信,实现通过MATLAB脚本语句控制HFSS自动建模仿真、HFSS仿真结果自动传输到MATLAB的计算空间以备调用等功能。再后,在MATLAB环境下完成了遗传算法和模拟退火算法的程序编写。在此基础上,联合改进的遗传算法、模拟退火算法与全波仿真手段,形成了优化算法生成数字超表面初始结构、MATLAB脚本控制HFSS以比特单元为基础构建超表面并仿真得到其散射特性、优化算法调用HFSS仿真结果并判决是否继续优化的自动化循环设计流程。基于上述方法,本文设计了具有三种特殊功能的超表面。第一,设计了一种能够控制电磁波散射降低目标RCS的超表面,这种超表面在电磁波照射下将散射电磁波的最大波瓣值降低到了241m V,与金属板反射相比降低了76%。第二,设计了一种能够对电磁波散射范围实现一定控制的数字超表面,在电磁波照射的条件下通过规定特定的区域使得散射的电磁波的能量大部分都集中在这个特定的区域之中。第三,设计了一种可以控制电磁波散射方向的超表面。另外,上述三种具有特殊性质的超表面的工作频点均是6GHz.本文设计的三种特殊数字超表面具有截然不同的物理性质,但即使满足单一物理性质的条件下,指标的不同也使得优化后的数字超表面结构有所不同。本文利用了不同的超表面具有相同单元结构的特点,设计了一种可拆卸可重组的数字超表面,如同七巧板一样仅仅利用有限的基本比特结构通过不同的排布可以得到大量不同的超表面。这种构想大大的降低了加工成本和周期。上述仿真得到的三种超表面均在暗室里进行了测试,所得辐射特性与仿真结果吻合度较高,证明了设计思路的正确性。另外,本文专门编写了API,实现了两个独立软件的信息交互填补了这个方面的空白。这部分成果为在电磁设计中引入优化算法提供了基础。

关键词：数字超表面遗传算法电磁波散射波束塑形

自适应遗传算法在二维电磁波散射的MEI方法中的应用研究

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湘潭大学学报（自然科学版） 2020年第2期42卷 50-60页

作者：贾瀚钦贾祖朋北京邮电大学光电信息学院北京100876 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

MEI(Measured Equation of Invariance)方法是一种有效的用于边界截断的数值计算方法,已在计算电磁学领域得到广泛应用,其中MEI方程的病态性是值得关注的一个问题.该文采用有限元方法求解与二维电磁波散射问题相关的Helmholtz方程,重点... 详细信息

MEI(Measured Equation of Invariance)方法是一种有效的用于边界截断的数值计算方法,已在计算电磁学领域得到广泛应用,其中MEI方程的病态性是值得关注的一个问题.该文采用有限元方法求解与二维电磁波散射问题相关的Helmholtz方程,重点研究将自适应遗传算法应用于MEI方程的求解.该文的研究结果表明,应用自适应遗传算法求解MEI方程是有效的.

关键词：电磁波散射 MEI方法自适应遗传算法有限元方法

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海浪谱的选择对海面电磁波散射建模的影响

电讯技术 2013年第4期53卷 435-439页

作者：王珂张元洪峻管爱红杨静李红岩明峰河南工业大学信息科学与工程学院郑州450001 微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院电子学研究所北京100190

海浪谱的选择对Bragg共振散射建模的影响是海面电磁波散射建模的关键问题。首先简介了海浪谱的概念,然后选择RA(Romeiser-Alpers)谱进行了Bragg共振散射建模,最后选择另一种具有代表性的PM(Pierson-Moskowitz)谱进行了Bragg共振散射建模... 详细信息

海浪谱的选择对Bragg共振散射建模的影响是海面电磁波散射建模的关键问题。首先简介了海浪谱的概念,然后选择RA(Romeiser-Alpers)谱进行了Bragg共振散射建模,最后选择另一种具有代表性的PM(Pierson-Moskowitz)谱进行了Bragg共振散射建模,并通过仿真实验对两种海浪谱及其用于Bragg共振散射建模的效果进行了比较分析。获得的结论对合理地选择海浪谱具有指导意义。

关键词：雷达海洋遥感海浪谱海面电磁波散射建模影响

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多球的电磁波散射

多球的电磁波散射

作者：胡超烟台大学

学位级别：硕士

在本论文中主要计算了多个球的电磁波散射问题,主要采用了电场的叠加原理和并矢格林函数本征展开的方法。分别推导出了一个球、两个球、和三个球的电磁波散射,并对每种情况进行讨论研究,画出了各种情况散射的三维立体图和投影图。整个... 详细信息

在本论文中主要计算了多个球的电磁波散射问题,主要采用了电场的叠加原理和并矢格林函数本征展开的方法。分别推导出了一个球、两个球、和三个球的电磁波散射,并对每种情况进行讨论研究,画出了各种情况散射的三维立体图和投影图。整个问题的研究可以分为四大步来完成:首先根据相应的边界条件,列出求解并矢格林函数展开系数的线性方程组,方程的数量与散射体的个数和径向函数的阶数有关。然后主要利用了mathematica软件对线性方程组进行求解,求出并矢格林函数的展开系数。给出整个空间中的并矢格林函数,在本文中主要给出了球外空间电场的并矢格林函数。最后计算出整个空间电场分布情况。在计算的过程中,偶极子源可以处于空间中的任意位置,可以位于球外空间的某一位置,也可以位于任何一个球的内部。球的个数、大小和介电常数都可以任意取值,同时每个球可以取不同的半径、介电常数,但是空间中任意两个球不可以交叉,即d ii ’ ＞ ai+ai’。整个计算的过程都没有采用任何近似,最后得出电场都是精确地求解。最后画出电场的三维立体图和向各个方向上的投影图,对计算的结果进行分析处理。在论文的最后对工作进行总结和展望。

关键词：并矢格林函数球形边界电磁波散射

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椭圆柱体对电磁波散射的系统辨识模型

四川大学学报（自然科学版） 2004年第6期41卷 1201-1206页

作者：李应乐黄际英西安电子科技大学理学院 273信箱西安710071 咸阳师范学院科研处

作者利用圆柱体的散射场逼近椭圆柱体对电磁波的散射,建立了椭圆柱体散射的系统模型,分析了模型的物理意义,提出了进一步改善计算精度的方法;在毫米波段对模型所得结果进行了仿真并和圆柱体的散射场进行了对比.结果表明:当电磁波沿椭圆... 详细信息

作者利用圆柱体的散射场逼近椭圆柱体对电磁波的散射,建立了椭圆柱体散射的系统模型,分析了模型的物理意义,提出了进一步改善计算精度的方法;在毫米波段对模型所得结果进行了仿真并和圆柱体的散射场进行了对比.结果表明:当电磁波沿椭圆柱体的轴极化时,散射场主要是由平行于该轴的偶极子产生的,当椭圆柱体的大小和波长相差甚远时,椭圆柱体的散射截面小于同尺寸圆柱体的散射截面.当目标大小与波长可比拟时,椭圆柱的长短轴显著地影响着散射截面,与入射波的极化状态有关.绕射场的增强使得椭圆柱的前向表面电流大于圆柱的表面电流;当入射场垂直椭圆柱体的轴极化时,对于较大的椭圆柱目标而言,后向面电流和圆柱体的后向电流相差不大,但前向面电流与圆柱体的面电流相差较大,甚至相位相反.

关键词：椭圆柱体电磁波散射系统辨识毫米波

考虑沙粒局部带电沙尘暴对电磁波衰减—Mie解

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考虑沙粒局部带电沙尘暴对电磁波衰减—Mie解

2016年全国环境力学学术研讨会

作者：周俊谢莉兰州大学土木工程与力学学院西部灾害与环境力学教育部重点实验室

借助于电磁波散射信号分析的遥感技术在气象观测、地球遥感甚至太阳系内行星探测等领域有着重要的应用,因此电磁波在介质中的散射特性及其与相关环境因素的关系是这一技术应用的基础。以沙尘暴气象条件为例,有大量研究表明沙尘颗粒在运... 详细信息

借助于电磁波散射信号分析的遥感技术在气象观测、地球遥感甚至太阳系内行星探测等领域有着重要的应用,因此电磁波在介质中的散射特性及其与相关环境因素的关系是这一技术应用的基础。以沙尘暴气象条件为例,有大量研究表明沙尘颗粒在运动中由于各种原因可携带大量的净电荷,且其对电磁波的散射特性有显著影响,例如使得电磁波传播过程中发生显著的衰减等,从而可显著影响遥感数据、电磁通讯信号的品质、可靠度等。本文考虑到颗粒系统(以沙/尘颗粒为例)中颗粒可局部携带净电荷这一现象,基于颗粒的电磁波散射Mie理论,对局部带电沙粒对电磁波散射的散射特性进行了研究,分析了局部带电颗粒的散射效率、消光效率以及吸收效率等特性与面电荷密度、局部带电角度、尺度参数以及电磁波频率之间的依赖关系,并给出了沙尘天气中局部带电颗粒对电磁波的衰减系数。

关键词： Mie散射理论局部带电颗粒电磁波衰减电磁波散射

来源： cnki会议评论

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用于平面单轴对称结构电磁波散射的减元技术

西南交通大学学报 2002年第2期37卷 215-217页

作者：关振宏朱峰西南交通大学电气工程学院四川成都610031

大容量与长计算时间的要求 ,是当前限制矩量法应用的主要障碍。因此 ,如何利用散射体的几何对称特征 ,有效地降低求解散射问题所需的存储空间和减少计算时间 ,具有重要的理论和实际意义。对具有轴对称的散射体 ,通过引入对称镜像分解 ,... 详细信息

大容量与长计算时间的要求 ,是当前限制矩量法应用的主要障碍。因此 ,如何利用散射体的几何对称特征 ,有效地降低求解散射问题所需的存储空间和减少计算时间 ,具有重要的理论和实际意义。对具有轴对称的散射体 ,通过引入对称镜像分解 ,能够使总的所需矩阵阶数降至直接求解的 1/2 ,运算时间缩减为直接求解的1/4 ;同时还给出了分解实现的数学公式以及分解原理。

关键词：电磁波散射扩展边界条件减元分解矩量法平面单轴对称散射体对称镜像分解分解原理

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辛算法在电磁波计算中的应用

辛算法在电磁波计算中的应用

作者：原立格南京农业大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机性能的飞速发展和计算数学、计算物理中各种新型算法的出现,计算电磁学领域呈现出空前繁荣的局面,各种电磁场数值方法层出不穷。但这些方法面临计算时间、存储空间及计算精度等方面的困难,而且随着人们对问题的物理本... 详细信息

近年来,随着计算机性能的飞速发展和计算数学、计算物理中各种新型算法的出现,计算电磁学领域呈现出空前繁荣的局面,各种电磁场数值方法层出不穷。但这些方法面临计算时间、存储空间及计算精度等方面的困难,而且随着人们对问题的物理本质认识的深入,意识到在追求算法高精度的同时,还应力求保持原系统的内在性质。由于电磁场方程可以转化为一无穷维Hamilton系统,而Hamilton系统具有一系列的内在性质,因而在对Hamilton系统的数值求解时,保持其内在性质就显得尤为重要。辛算法正是保持Hamilton系统内在性质的一种新型数值方法,该算法在长时间的数值计算中,具有常见数值方法无可比拟的计算优势。本文将辛算法引入到电磁波计算中,针对辛算法在电磁波计算中的应用,具体所做的工作有: 介绍了辛算法的数学理论基础,在Runge-Kutta法的基础上构造出辛Runge-Kutta法;将构造的辛算法运用到一维时域Maxwell方程组中,仿真结果显示辛算法与解析解吻合的较好,说明构造的辛算法适合运用于电磁波计算;首次将构造的辛算法运用到二维TM波中,对电磁波从正面照射人的眼睛进行了仿真分析,得到了很好的仿真效果图,验证了辛算法的有效性。

关键词：辛算法 Hamilton系统辛时域有限差分法电磁波散射 Maxwell方程组

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正弦型粗糙面上方平的电磁波散射

武汉大学学报（自然科学版） 1996年第5期42卷 661-668页

作者：朱国强曹秦峰杨河林

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正弦型粗糙面上方平的电磁波散射朱国强曹秦峰杨河林正弦型粗糙面上方平的电磁波散射@朱国强@曹秦峰@杨河林...

关键词：粗糙面电磁波散射正弦型雷达目标识别