基于Td-FIT與Td-SBR的瞬態(tài)電磁場混合算法.pdf

1、現(xiàn)代通信電子設(shè)備頻譜逐漸展寬，工作頻率向更高頻段拓展，實(shí)際工程中設(shè)備與平臺的分析與設(shè)計(jì)涉及了大量的超電大尺寸、超寬帶、以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜材質(zhì)目標(biāo)的近場電磁輻射或散射問題。傳統(tǒng)的全波方法對計(jì)算機(jī)內(nèi)存要求高，計(jì)算時(shí)間長，已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程電磁計(jì)算的需要，目前高頻漸進(jìn)方法與全波方法的混合算法對解決這一難題具有更強(qiáng)優(yōu)勢。本文基于全時(shí)域多算法混合框架，研究了基于時(shí)域有限積分技術(shù)與時(shí)域彈跳射線法混合的瞬態(tài)電磁場數(shù)值計(jì)算方法，并用于分析設(shè)備與平臺的

2、系統(tǒng)電磁兼容問題。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)可以概括為:
　　基于物理光學(xué)，推導(dǎo)出時(shí)域遠(yuǎn)區(qū)電磁場的閉合表達(dá)式，將時(shí)域平面波入射理想導(dǎo)電平板的時(shí)域物理光學(xué)面積分退化為一維圍線積分形式。特別地，當(dāng)平板圍線為多邊形時(shí)，一維圍線積分進(jìn)一步退化為一閉合表達(dá)式。最終閉合表達(dá)式只需計(jì)算與多邊形頂點(diǎn)相關(guān)的簡單初等函數(shù)，而與頻率或者時(shí)域脈沖寬度無關(guān)。因此，可實(shí)現(xiàn)時(shí)域物理光學(xué)的精確、快速計(jì)算。
　　把光束追蹤技術(shù)引入到時(shí)域彈跳射線法中，解決目前時(shí)域

3、彈跳射線法中遇到的“象散問題”，實(shí)現(xiàn)了更高精度的計(jì)算。通過“等效入射參考平面”技術(shù)，把多次彈跳后的散射問題等效為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)域物理光學(xué)問題，并利用本文提出的時(shí)域物理光學(xué)閉合表達(dá)式實(shí)現(xiàn)了高效的電磁場計(jì)算。本文基于推導(dǎo)出的閉合表達(dá)式從理論上分析了瞬態(tài)脈沖電磁波初次照射或多次彈跳后到達(dá)觀察方向的時(shí)域電磁場特性。
　　提出了一種基于面元局部格林函數(shù)近似的時(shí)域物理光學(xué)快速近場計(jì)算公式，具有和本文提出的時(shí)域物理光學(xué)遠(yuǎn)場表達(dá)式同樣簡潔的閉合形式。并進(jìn)

4、一步把該閉合表達(dá)式融合到時(shí)域彈跳射線法框架中，實(shí)現(xiàn)其射線管時(shí)域物理光學(xué)積分的快速計(jì)算。并且提出了場-源距離自適應(yīng)細(xì)分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了魯棒性極高的時(shí)域彈跳射線法近場求解。
　　把時(shí)域有限差分方法中基于Kirchhoff面積分的近場-近場外推技術(shù)引入到時(shí)域有限積分方法的近場計(jì)算中，相對于傳統(tǒng)基于Stratton-Chu面積分的時(shí)域有限積分近場計(jì)算，每個(gè)場分量的外推計(jì)算完全獨(dú)立于其他分量，更為適合鑲嵌結(jié)構(gòu)的Yee元胞。不同場分量的外推采用不

5、同的外推表面，避免了場值插值帶來的數(shù)值誤差，近場計(jì)算具有更高的精度。場分量外推的獨(dú)立特性也使近場計(jì)算更易于并行化。
　　提出了時(shí)域有限積分技術(shù)與時(shí)域彈跳射線法混合的電磁數(shù)值算法，基于本文實(shí)現(xiàn)的時(shí)域彈跳射線法、時(shí)域有限積分技術(shù)以及其高效近場求解技術(shù)，提出了全時(shí)域框架下全波方法和高頻漸進(jìn)方法結(jié)合的混合算法。本文推導(dǎo)了區(qū)域間瞬態(tài)電磁場電磁耦合計(jì)算的差分表達(dá)式，并采用“順序傳遞”方法實(shí)現(xiàn)混合算法時(shí)域場值迭代。通過時(shí)域電磁場的因果特性分析，