電磁輻射和散射問題的快速分析方法研究.pdf

1、雷達技術(shù)的發(fā)展運用代表了現(xiàn)今軍事工業(yè)的尖端水平。在雷達系統(tǒng)設(shè)計中,對相關(guān)天線輻射特性及任意目標(biāo)散射特性的預(yù)估分析是極為重要的。同時,就雷達系統(tǒng)自身發(fā)展而言,現(xiàn)代相控陣?yán)走_系統(tǒng)對多頻收發(fā)組件中的可調(diào)移相器設(shè)計也提出了越來越高的要求。本論文主要基于以上的研究熱點,主體工作分為如下幾個方面:
　　1.本文在解決電磁問題時以經(jīng)典的基于電磁場積分方程的矩量法為核心算法。針對一些特殊問題,考慮從矩量法的基函數(shù)選擇,線性方程組的求解過程出發(fā),做

2、出相應(yīng)的變換。如對于理想導(dǎo)體等一般性問題,考慮采用基于面積分的RWG基函數(shù)處理;對于介質(zhì)目標(biāo),可采用混合場積分方程的PMCHWT處理法或者直接采用體積分方程進行目標(biāo)剖分;而對于傳統(tǒng)矩量法不能解決的極低頻問題,則通過構(gòu)造環(huán)-樹型基函數(shù)來解決。本文以詳實的算例驗證了上述求解方案的有效性。
　　2.就寬帶電磁問題的分析提出了一系列快速方法,并作了深入地介紹。本文從數(shù)值逼近理論、公式推導(dǎo)和實施步驟等方面分別對阻抗矩陣插值法、漸近波形估計、

3、最佳一致逼近以及自適應(yīng)Stoer-Bulirsch頻率采樣法進行系統(tǒng)分析?？焖俜椒ㄔ趻哳l掃角中的應(yīng)用是余下章節(jié)的基礎(chǔ)。
　　3.提出了離散小波變換與最佳一致逼近相結(jié)合的方法用于分析線面結(jié)構(gòu)天線的寬帶輻射特性。其中線面結(jié)構(gòu)采用面面連接模型取代,而通過小波變換對阻抗矩陣稀疏化同時結(jié)合切比雪夫逼近能更有效地求解電大載體平臺上的天線輻射問題。最后,為了提高逼近精度用梅利級數(shù)展開取代原有的有理展開式計算,實現(xiàn)最佳一致逼近。
　　4.提

4、出了改進型積分方程快速傅里葉變換方法與物理光學(xué)法相結(jié)合的高低頻混合算法用于電大導(dǎo)體平臺上的寬帶天線輻射特性分析。分析過程中首先提出基于子域快速傅里葉變換的改進型單層快速傅里葉變換算法對格林函數(shù)插值,通過引入空組概念,加速迭代求解中的矩陣與矢量相乘計算,減少矩陣求解存儲量,避免了對插值不準(zhǔn)確的近場進行修正。同時對于電流頻率響應(yīng),根據(jù)Stoer-Bulirsch算法的循環(huán)準(zhǔn)則利用階數(shù)可變的有理函數(shù)作為替代模型實現(xiàn)頻域插值的快速計算。相較于之

5、前的高低頻混合算法,新方法在頻域分析時不僅減少了矩陣方程中未知量個數(shù),同時大大降低了內(nèi)存需求和計算時間。
　　5.在對均勻介質(zhì)目標(biāo)的電磁散射進行頻空兩域同時外推計算時,提出了一種基于積分方程并結(jié)合雙切比雪夫級數(shù)展開的自適應(yīng)Stoer-Bulirsch采樣方法。該方法將所求結(jié)果響應(yīng)用雙切比雪夫級數(shù)展開,并選擇雙切比雪夫點作為采樣的初始點。通過構(gòu)建搜索模型和全新的自適應(yīng)循環(huán)法則,二維Stoer-Bulirsch搜索將在頻域維度和空域維

6、度同時展開。相較于之前基于最佳一致逼近的二維快速分析方法,只需附加初始點信息。該方法在兼具原有二維外推方法優(yōu)勢同時,通過對Stoer-Bulirsch采樣方法的拓展運用,在有效計算二維電磁散射特性時精度可調(diào)、高階穩(wěn)定、易于實現(xiàn)。
　　6.設(shè)計并加工了一款基于平行短截線和缺陷地結(jié)構(gòu)的雙頻可調(diào)移相器。與傳統(tǒng)的傳輸線結(jié)構(gòu)和數(shù)字移相器不同,在該結(jié)構(gòu)中僅需調(diào)節(jié)平行枝節(jié)與缺陷地結(jié)構(gòu)的矩形環(huán)尺寸便能實現(xiàn)雙頻性能。在測試中,插入損耗、回波損耗以及