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文檔簡介
1、機載、艦載等復雜電大尺寸運載平臺中,天線的受擾輻射特性以及多天線系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)分析一直是工程界備受關注的難點課題之一。此外,在高性能天線設計、雷達目標隱身和反隱身技術研究、雷達系統(tǒng)設計與雷達目標識別、現代電子系統(tǒng)電磁兼容性分析等領域,也經常需要對一些具有復雜結構的三維電大尺寸目標作電磁建模。為滿足上述工程需求,本文主要研究復雜電大尺寸金屬結構的散射和輻射問題,以及電大尺寸運載平臺中天線之間的電磁兼容問題;研究目標是對復雜電大
2、尺寸結構作高效電磁建模和快速計算,并最終解決一些實際工程中的難點問題。為此,本文以電磁場表面積分方程(SIE)理論作為理論基礎,在經典矩量法(MoM)的基礎上使用多層快速多極子方法(MLFMA)來加速求解過程和降低內存需求。論文圍繞兩類問題展開討論,第一類是針對天線結構的電磁輻射和耦合問題;第二類是電大尺寸目標的雷達電磁散射特性以及寬帶時域(TD)響應問題。 對于電磁輻射和耦合問題,以線面連接結構作為主要研究對象,介紹了線面連接
3、模型的三種基函數,詳細討論了線面連接模型的矩量法實現過程。繼而采用多層快速多極子方法進行加速,提高了電大尺寸輻射問題的求解能力。為了提高求解效率,對于單頻點問題,采用近場阻抗矩陣方程的解作為迭代初值;對于多頻點問題,則采用繼承迭代法。同時,設計了基于基函數“物理鄰居”的預條件方法,該方法考慮對近場貢獻最重要的部分,構造簡單,并且能夠有效加快共軛梯度(CG)類型迭代法的收斂速度。 對于電磁散射問題,在分析散射體頻域(FD)散射特性
4、的基礎上,定義了頻域散射矩陣。該矩陣依賴于散射體的幾何結構和材料特性、入射波頻率、入射方向以及散射方向等。為了得到超寬帶(UWB)時域響應,我們首先采用基于頻域積分方程的方法求解頻域散射結果,然后利用快速傅立葉逆變換(IFFT)將頻域散射結果轉換到時域。為了描述超寬帶時域響應,我們引入了歸一化時域響應矩陣。該矩陣與散射矩陣類似,依賴于平面波入射方向和散射方向等。 為了考慮地面、海面等環(huán)境因素的影響,進一步研究了半空間環(huán)境的多層快
5、速多極子方法。對于半空間近場作用,采用嚴格的半空間并矢格林函數進行處理,這類似于半空間矩量法;對于遠場作用的直射場(即未經過半空間分界面反射的直接輻射場),采用對自由空間情況修正后的多層快速多極子方法進行處理;對于遠場作用的反射場,采用實鏡像方法,該方法物理概念清晰,具有良好的收斂性和穩(wěn)定性。與離散復鏡像方法(DCIT)引入多個復鏡像相比,實鏡像方法僅引入一個實鏡像。因此,實鏡像方法大大降低了內存需求和計算量。 在電磁輻射和散射
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