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N阶色散媒质宽频电磁散射特性的高效分析

系统工程与电子技术 2010年第11期32卷 2313-2316页

作者：陈明生吴琼沙威黄志祥吴先良合肥师范学院物理与电子工程系安徽合肥230601 安徽大学电子科学与技术学院安徽合肥230039 香港大学电子工程系

在目标宽频电磁响应分析中引入Maehly逼近理论,应用矩量法(method of moments,MOM)求解给定频带内若干节点处目标的表面电、磁流,以形成关于电、磁流的Chebyshev多项式逼近,最后转化为Maehly逼近以提高计算精度。结合pmchw方程,对各种... 详细信息

在目标宽频电磁响应分析中引入Maehly逼近理论,应用矩量法(method of moments,MOM)求解给定频带内若干节点处目标的表面电、磁流,以形成关于电、磁流的Chebyshev多项式逼近,最后转化为Maehly逼近以提高计算精度。结合pmchw方程,对各种形状三维介质目标、N阶色散介质目标的宽带电磁散射特性进行了分析。数值仿真表明:在不占用更多内存的情况下,Maehly逼近方法能够有效提高宽频分析的计算效率。

关键词：矩量法 pmchw方程 Maehly逼近宽带雷达散射截面

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口径天线与近区厚介质体复杂系统的电磁建模

强激光与粒子束 2015年第10期27卷 40-43页

作者：宋乃涛聂在平宗显政电子科技大学微波工程系成都611731

针对口径天线及其近区任意厚均匀介质体的复杂系统,应用表面积分方程(SIE)方法结合模式匹配方法(MM)建立了模式激励的新型一体化电磁模型。在馈电端口采取模式匹配方法模拟了波导中的激励情况,将金属壁处理为理想导电体,并在金属壁上利... 详细信息

针对口径天线及其近区任意厚均匀介质体的复杂系统,应用表面积分方程(SIE)方法结合模式匹配方法(MM)建立了模式激励的新型一体化电磁模型。在馈电端口采取模式匹配方法模拟了波导中的激励情况,将金属壁处理为理想导电体,并在金属壁上利用边界条件建立电场积分方程(EFIE);利用零场等效原理在介质体内外表面分别建立电场积分方程和磁场积分方程(MFIE),并组合内外表面建立的电场积分方程和磁场积分方程为pmchw方程;最后使用矩量法对所建立的EFIE-pmchw-MM组合方程进行求解。文中结合喇叭天线设计了两个典型算例,所提混合方法 EFIE-pmchw-MM给出的数值结果与商用软件FEKO高度一致,且在求解口径天线与近区厚介质体耦合问题时由于未知量显著减少,大幅度提高了仿真效率,降低了计算机资源消耗。

关键词：电场积分方程 pmchw方程模式匹配喇叭天线天线罩

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介质体电磁散射分析中的等效偶极矩法

微波学报 2010年第2期26卷 26-29页

作者：郁超袁家德顾长青南京航空航天大学信息科学与技术学院南京210016

在介质体电磁散射分析中,提出了一种基于等效偶极矩法的快速矩阵生成技术。该方法以矩量法和RWG基函数为基础,将源点处的电(磁)流等效为电(磁)偶极子,因而阻抗矩阵元素可以认为是源点电(磁)偶极子所产生的近区场与场点电流基函数之间的... 详细信息

在介质体电磁散射分析中,提出了一种基于等效偶极矩法的快速矩阵生成技术。该方法以矩量法和RWG基函数为基础,将源点处的电(磁)流等效为电(磁)偶极子,因而阻抗矩阵元素可以认为是源点电(磁)偶极子所产生的近区场与场点电流基函数之间的相互作用。这样等效偶极矩法避免了格林函数二重积分,使得阻抗矩阵元素的生成速度明显提高。数值结果表明该方法有较高的计算效率和精度。

关键词：矩量法 pmchw方程等效偶极矩法

积分方程方法中双线性高阶叠层矢量基函数的研究

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积分方程方法中双线性高阶叠层矢量基函数的研究

作者：李杨森南京理工大学

学位级别：硕士

积分方程方法中的矩量法因为计算精度高,因此被广泛应用于计算分析目标的电磁散射特性。本文主要研究了基于积分方程方法的双线性基函数,其目的在于提高积分方程方法的求解精度及效率。首先,本文介绍了矩量法的基本过程和双线性基函数... 详细信息

积分方程方法中的矩量法因为计算精度高,因此被广泛应用于计算分析目标的电磁散射特性。本文主要研究了基于积分方程方法的双线性基函数,其目的在于提高积分方程方法的求解精度及效率。首先,本文介绍了矩量法的基本过程和双线性基函数的基本定义。双线性基函数按照矢量场的表示形式可以分为散度共形和旋度共形。首先介绍了定义在平面三角形单元上的散度共形双线性基函数,然后推导了旋度共形双线性基函数。接着阐述了散度共形和旋度共形双线性基函数之间的联系和区别,研究了它们在积分方程方法中的适用范围。其次,采用散度共形双线性基函数展开金属目标表面电流,展开表达式可同时用于电场积分方程(EFIE)和磁场积分方程(MFIE),进而用于混合场积分方程(CFIE)。若使用相同尺寸的三角形面片拟合散射目标,双线性基函数比RWG基函数会多出一倍的未知量。若使用双线性基函数,可采用更大剖分尺寸,使未知量与RWG基函数的未知量相当,此时依然满足积分方程的计算精度。在基于双线性基函数的积分方程中使用多层快速多极子技术加速矩阵矢量乘。然后,研究了双线性基函数结合高阶叠层矢量基函数,及其在积分方程方法中的应用。将散度共形双线性-高阶叠层矢量基函数应用于CFIE,同时分析了基于旋度共形双线性-高阶叠层矢量基函数的MFIE。散度共形双线性-高阶叠层矢量基函数可以提高CFIE的计算精度,旋度共形双线性-高阶叠层矢量基函数可以提高MFIE的计算精度。若使用双线性-高阶叠层矢量基函数,可采用更大剖分尺寸,使未知量和高阶叠层RWG基函数的未知量相当,此时依然满足积分方程的计算精度。最后,本文在散度共形的双线性基函数的研究基础上,研究了双线性-高阶叠层矢量基函数在分析介质的面面积分方程方法(pmchw方程)中的应用。使用散度共形双线性-高阶叠层矢量基函数可以提高pmchw(Poggio-Miller-Chang-Harrinton-Wu)方程的计算精度。

关键词：积分方程矩量法双线性基函数高阶叠层矢量基函数多层快速多极子电磁散射 pmchw方程

基于pmchw-CBF高效全波电磁计算方法研究

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基于PMCHW-CBF高效全波电磁计算方法研究

作者：位静云东南大学

学位级别：硕士

随着军事科技的快速发展,军事目标的电磁散射特性分析、设计、识别变得尤为重要。积分方程作为电磁场中计算结果精度较高的一种数值方法,在计算电磁散射方面得到了广泛的发展和应用。基于等效原理的pmchw方程因其生成的阻抗矩阵具有很... 详细信息

随着军事科技的快速发展,军事目标的电磁散射特性分析、设计、识别变得尤为重要。积分方程作为电磁场中计算结果精度较高的一种数值方法,在计算电磁散射方面得到了广泛的发展和应用。基于等效原理的pmchw方程因其生成的阻抗矩阵具有很好的数值特性而被广泛应用,并且与电场积分方程(EFIE)组合后可处理导体与介质混合目标的电磁散射问题,如飞行器、有限介质基板上的微带天线以及介质天线等电磁问题。本文基于EFIE-pmchw(简称E-pmchw)方程组开展如下工作:(1)研究并实现了 EFIE与pmchw方程相结合(E-pmchw)的混合算法,并对三维导体介质混合目标的电磁散射特性进行了准确分析。其中,研究并解决了导体与介质混合结构中连接边的问题。(2)研究了特征基函数法(CBF-Ⅱ)和自适应交叉近似(ACA)的低秩分解方法的基本原理,实现了 CBF-Ⅱ-ACA混合算法,并成功应用于导体目标电磁散射特性的分析。(3)将CBF-Ⅱ与E-pmchw方程相结合,研究并实现了 E-pmchw-CBF-Ⅱ混合算法,使得阻抗矩阵的尺寸由N×N降为nN×nM,其中nM=N,有效地降低了内存消耗。为进一步降低矩阵向量乘积的计算复杂度,本文利用自适应交叉近似法,加快矩阵的填充速度,提高计算效率,最终提出并实现了 E-pmchw-CBF-Ⅱ-ACA的混合算法,并通过数值算例验证了本算法的正确性和有效性。(4)本文在上述工作的基础上进一步研究了基于奇异值分解(SVD)且与激励无关的特征基函数法(CBF)的基本原理,并实现了基于SVD的CBF-ACA的混合算法,其构造的特征基函数与激励和极化方式均无关,矩阵得到有效压缩,可直接用LU分解法求解,避免了迭代法的收敛性问题,可快速分析导体目标的电磁散射特性。将SVD-CBF与pmchw方程相结合,实现了 SVD-CBF-pmchw混合算法,可应用于介质目标的电磁散射特性分析。并通过与商业软件FEKO结果对比,验证了算法的正确性。

关键词：矩量法 pmchw方程特征基函数法自适应交叉近似奇异值分解电磁散射

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时域积分方程后时不稳定性的研究与应用

时域积分方程后时不稳定性的研究与应用

作者：刘磊承安徽大学

学位级别：硕士

由于积分方程有着自动满足辐射边界条件,并且只需要在目标表面进行离散等优点,因而受到了广泛地关注。随着计算机的发展,其研究范围和应用领域也随之不断扩大。成为分析电磁场问题的一个重要手段。本文首先介绍了矩量法（MOM）的基... 详细信息

由于积分方程有着自动满足辐射边界条件,并且只需要在目标表面进行离散等优点,因而受到了广泛地关注。随着计算机的发展,其研究范围和应用领域也随之不断扩大。成为分析电磁场问题的一个重要手段。本文首先介绍了矩量法（MOM）的基本原理和频域积分方程的基本情况,推导了一维情况下的海伦方程,接着分析了二维情况下的电场、磁场以及组合场积分方程,并对三种积分方程的计算效果进行了比较。然后简单地介绍了矩量法结合离散傅里叶逆变换求解瞬态响应的问题。其次,介绍了时域积分方程基本情况,通过对一维细直导线的分析介绍了时间步进（marching on in time）算法的基本求解原理,接着,我们着重介绍了二维无限长导体情况下的时域电场、磁场以及组合场积分方程,分别分析了TM波和TE波入射下的三种积分方程的显式与隐式算法,并将结果进行了比较。另外,本文还将三种积分方程通过数值算例进行了比较。针对MOT（marching on in time）算法在求解时域积分方程中的后时不稳定性,我们通过对均值方法的进一步的研究,提出了一种改善方案,在一定程度上改善、延缓了后时振荡的发生。然后,介绍了二维无限长介质体的计算,我们采用pmchw方程来计算介质体,推导了两种形式的用于求解二维介质体的pmchw方程。最后,因为分析不同时间基函数在MOT算法中的计算效果也是MOT算法中研究的一个方面,所以,我们探讨了两个时间基函数对MOT算法稳定性的影响与时间基函数自身频谱成分之间的关系。接着,我们把二阶子域时间基函数加入到pmchw方程的数值求解之中,其数值结果验证了其可行性。

关键词：频域积分方程矩量法时域积分方程时间步进法 pmchw方程时间基函数时间平均法

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多模波导的传输和辐射理论建模与数值分析

多模波导的传输和辐射理论建模与数值分析

作者：宋乃涛电子科技大学

学位级别：硕士

模式是传输在波导中电磁波的一个重要特性,当波导中的电磁波以多个模式传输功率时就称其为多模波导。多模波导在雷达领域及高功率微波领域均有着广泛的应用,对其进行准确的电磁建模与高效的数值分析是相关领域工程应用的基础。本文基于... 详细信息

模式是传输在波导中电磁波的一个重要特性,当波导中的电磁波以多个模式传输功率时就称其为多模波导。多模波导在雷达领域及高功率微波领域均有着广泛的应用,对其进行准确的电磁建模与高效的数值分析是相关领域工程应用的基础。本文基于积分方程方法(IE)对多模波导传输辐射问题进行了有效的电磁建模,在波导激励端口应用模式匹配法(MM)描述激励面上入射波和反射波的模式分布情况。实际工程应用中,多模波导不仅包含金属结构还包含复杂的介质结构,介质结构的存在往往很大程度上影响着多模波导内部的场分布情况,因此对含金属-介质复合结构的多模波导准确计算至关重要,本文采用表面积分方程方法对金属介质问题进行了一体化求解。高功率微波中的多模波导如Denisov辐射器、波束波导天线等往往具有结构复杂、电尺寸大等特点,本文法对这些实际工程应用中常见的多模波导结构进行了一体化全波仿真,并针对所得结果给出了物理解释。首先,本文介绍了本文研究的基础即积分方程方法,针对波导传输辐射一般模型介绍了IE-MM混合方法的建立过程,通过数值算例对模式匹配法中模式数量选择进行了解释,进一步为了对有限金属壁厚的波导辐射问题电磁建模,本文采取了内外分区的建模方法,在波导内部和外部作为子区域问题分别建立积分方程,最终使用矩量法对所建立方程进行求解,通过与商用软件结果的对比证明了方法的正确性。其次,本文针对含有金属-介质复合结构的多模波导模型采取了EFIE-pmchw-MM混合方法求解,在金属表面建立电场积分方程(EFIE),在介质表面建立pmchw方程,在波导端口建立模式匹配(MM)方程。在混合方法中未知量仅存在于待求目标表面,与其他全波方法相比未知量大大减少,求解效率也大幅提高。再次,本文介绍了使用多层快速多极子方法加速IE-MM求解的策略,并从原理上分析了该方法计算复杂度和存储复杂度,数值结果表明这种结合策略可以有效提高求解效率。最后,本文对IE-MM方法的工程应用进行了拓展,对指数型喇叭天线、Denisov型辐射器、波束波导型天线进行了一体化仿真,并对所得结果进行了物理分析。

关键词：多模波导电场积分方程 pmchw方程高功率微波模式匹配方法