復(fù)雜電磁問(wèn)題的算法研究與軟件實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文研究了計(jì)算電磁學(xué)中的矩量法和高頻方法，并將其應(yīng)用到復(fù)雜電磁問(wèn)題的分析和計(jì)算中。一方面將矩量法應(yīng)用于復(fù)雜左手媒質(zhì)電磁特性的理論分析與探索，發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了幾種包含左手媒質(zhì)的新型電磁結(jié)構(gòu)所具有的新奇物理特性和潛在工程應(yīng)用價(jià)值。另一方面，應(yīng)用基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的高頻方法對(duì)復(fù)雜電大尺寸目標(biāo)的電磁散射問(wèn)題進(jìn)行了深入討論與研究，并對(duì)太赫茲波段的電磁散射問(wèn)題進(jìn)行了探索。本文所做工作及主要研究成果如下： （1）提出了一種金屬柵板與左手介質(zhì)板的復(fù)合

2、結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輻射功率增強(qiáng)、窄波束掃描和亞波長(zhǎng)成像等功能。本文從理論上研究了此結(jié)構(gòu)的物理特性，建立了相應(yīng)的物理模型，并通過(guò)矩量法對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值仿真，最終驗(yàn)證了此結(jié)構(gòu)確實(shí)可以有效地提高輻射功率、且能在一定角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)窄波束掃描和亞波長(zhǎng)成像等功能。 （2）提出了一種填充左右手混合介質(zhì)的三層介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高功率密度傳輸。本文推導(dǎo)了該波導(dǎo)的的導(dǎo)波模式方程，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)如果左手媒質(zhì)的電磁參數(shù)和厚度滿足一定條件，就可以

3、使波導(dǎo)的傳輸功率密度大大提高。最后通過(guò)矩量法對(duì)該導(dǎo)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，從數(shù)值上驗(yàn)證了理論模型的正確性。 （3）提出了一種填充包含左手介質(zhì)的小孔耦合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高功率密度傳輸，并在此基礎(chǔ)上又提出了一種新型的定向耦合器，在此定向耦合器中可以同時(shí)在主波導(dǎo)和副波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)雙向定向傳輸。本文建立了這兩種結(jié)構(gòu)的物理模型，通過(guò)矩量法對(duì)其進(jìn)行了分析與計(jì)算，從數(shù)值上驗(yàn)證了該理論模型的正確性。 （4）研究了應(yīng)用高頻方法對(duì)電大尺寸復(fù)雜

4、金屬目標(biāo)RCS的計(jì)算問(wèn)題，推導(dǎo)了PO+TW-ILDCs方法的計(jì)算公式，并提出了SBR+TW-ILDCs混合方法。利用這兩種方法對(duì)筆形體等典型結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)彈、飛機(jī)等復(fù)雜目標(biāo)的單/雙站RCS進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與多層快速多極子MLFMA結(jié)果以及美國(guó)軍方電磁軟件XPATCH和FISC結(jié)果對(duì)比，符合很好。該方法有效提高了雙站RCS精度，且通用性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)軟件集成，并應(yīng)用該方法對(duì)太赫茲波段的電磁散射問(wèn)題進(jìn)行了探索。 （5）對(duì)基于參數(shù)曲面模