论文摘要
高效分析和计算各类物体电磁散射及辐射特性是近代电磁理论的一个热点研究课题。长期以来,任意线结构的电磁散射研究吸引了众多工程应用的注意。采用矩量方法可以很好的解决任意细线结构的电磁散射问题。本文给出了适合于电磁散射计算的综合矩量实现方法,基于所提出的方法和联合场积分方程,对任意导线的电磁散射进行了分析。本文先回顾了用于散射分析的差分方程法和积分方程法等。为了解决积分方程,我们采用了矩量方法。作为一种基于数字技术的积分方程,矩量方法用来将传统的问题简化为可以用矩阵转换来解决的一系列方程集。采用矩量方程可以很好的解决任何电磁问题,同时,也可以保证适合于充分离散化的收敛性。由于矩阵元素可以并行独立的计算,该方法也适合于并行计算机实现。采用矩量方法的直线电流解也得到了充分的研究。采用该方法,积分问题可以得到离散化的解决。计算电流解的第一步在于推导出适当的电场积分方程。然后,采用矩量方法将积分方程转变成为线性系统方程,从而通过各种线性代数方法将其求解出来。直线的电场积分方程可以进一步扩展到任意形状的天线结构。本文将螺旋形几何结构作为主要的研究对象。通过定义适当的单位矢量l?和位置矢量rr ,通用的电场积分方程可以应用到任意线结构天线。同时,将三角基函数和脉冲权重函数应用到螺旋天线的分析。具体研究内容如下:首先,用矩量方法对螺线管天线进行了有效的分析,把电场积分方程与矩量方法相结合,利用三角基与脉冲测试函数准确跟随螺旋天线的周线,从而得到了天线的电流。在分析中,假定了螺旋管是沿着正轴的方向并且采用了细线近似。对细线近似和delta gap source模型也分别作了描述。数字结果表明了我们提出方法的合理性及准确性。其次,借助于sheath螺旋管模型和Huygens准则,本文进行了线性极化的有限长螺线管的平面波散射分析。应用导电有限长螺旋线的散射解推导出导电有限长螺旋线的散射系数。根据sheath螺线管模型的边界条件获得了散射场的解析表达,同时研究了螺线管在共振状态下电角度及螺间距的影响,表明远场的前后向散射的共振状态只依赖于间隙的电场大小及径向的电场大小,而螺线管的倒转不影响谐振状态。我们将研究重点置于螺旋线的谐振特性,因为在谐振频率附近,有效的Chirlity函数强烈的依赖于波形函数。然后,本文结合电场积分方程与前面提出的矩方法,为解决任意形状的细天线的问题发展了一套有效的数字处理过程,给出了任意细天线和有适当半径大小的散射体用于矩量方法的格林函数和准确核表达式。因为该表达式是基于级数和的准确展开,阻抗矩阵的元素得以准确和快速估值。在本文中,适合于任意线结构的确切核函数是基于一系列扩展。但在评价阻抗元素自身时,由于一系列表达式的缓慢收敛,确切奇异函数的分离也是可以的。这些确切的表达式可以有效的去除格林函数的积分函数的奇异值,同时,这些表达式也独立于线半径和场点距离等具体的限制。一些数字计算例子已证实了上述结论。最后,本文详细分析了时域的积分方程并进行了简化,对线结构物体的感应电源进行了分析计算。同时,关于线结构、电势的矢量及标量计算以及积分方程的解等也进行了分析和推导。采用时域积分方程及本文提出的矩方法,发展了一套有效的数字处理程序,用于解决任意形状天线的散射物体,对来自任意形状的充分导体结构的电磁散射的计算提出了一个有效的时域数字方法。在时域的电场积分方程中,可以用高斯脉冲平面波来充当激励源。理想激励源脉冲函数的频谱从零扩展到无穷大且有着恒定的幅值。该方法采用适合于空间变化和时域插值的脉冲扩展。本文建立了一个适合于解决任意形状细线的时域电场积分方程。同时,我们采用脉冲基函数来解决电场积分方程并计算出RCS。我们也通过解决电场时域积分方程来研发出计算自细线结构的电磁散射的数字方法。为了解决相关场所引发的各向细线的散射问题,依据电场积分方程,我们将距离方法的程序应用到细线积分方程,数字结果表明了我们提出方法的合理性及准确性。本文中的所有的数据结果同文献中的结果高度一致。所提出的方法被证明是高效且准确的,对于任意形状的线结构的准确建模和散射体的有效分析也被证明是有用的。
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