超大规模有限周期结构电磁散射SED-MoM高效分析

论文摘要

针对基于介质-金属复合体的超大规模有限周期结构目标电磁散射特性分析这一技术难题,本文在子全域基函数方法的基础上,提出了混合有限元子全域基矩量法（Sub-Entire Domain Method of Moment/Finite Element Method, SED-MoM/FEM）。主要工作包括以下几个方面:1.给出了基于磁场积分方程的子全域基矩量法。分别使用精确的子全域（Accurate Sub-Entire Domain, ASED ）基函数方法和简化的子全域（Simplified Sub-Entire Domain, SSED ）基函数方法计算阵列单元为金属平板的周期结构目标的雷达截面（Radar Cross Section, RCS）。从精度和计算时间两个方面对这两种方法进行了对比,为进一步的研究和应用提供参考。2.研究了基于电场积分方程的子全域基矩量法。给出了在电场积分方程中奇异性处理技术。计算了周期结构单元为无厚度的金属贴片和具有一定厚度的金属平板目标的RCS。3.提出了SED-MoM/FEM。该方法将整个问题的求解过程分为两个内存需求较小的步骤:首先,应用有限元方法分析了包含复杂几何结构或复杂介质组成的子阵单元,提取包围单元闭合虚拟面上的电磁场信息,并作为SED基函数;然后,通过基于电场和磁场混合方程的矩量法分析整体周期结构目标的电磁散射特性。应用SED-MoM/FEM分析了大规模金属贴片阵列、金属平板阵列、金属立方体阵列、介质平板阵列、单面覆铜介质平板阵列以及微带天线阵列等目标的电磁散射特性,验证了方法的正确性和有效性。该方法有效拓展了SED的应用范围。应用本文提出的混合技术可以为相控阵天线阵和频率选择表面等超大规模有限周期结构目标的电磁隐身和结构优化设计提供技术手段以及理论指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究历史和现状
• 1.3 本文的主要工作内容及贡献
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 基于磁场积分方程的SED-MOM 方法
• 2.1 引言
• 2.2 矩量法的基本原理及相关问题
• 2.2.1 矩量法的基本原理
• 2.2.2 基函数的选取
• 2.2.3 矩阵方程的求解
• 2.3 SED 基函数方法
• 2.3.1 ASED 基函数
• 2.3.2 SSED 基函数
• 2.4 基于磁场积分方程的 SED-MOM 技术
• 2.4.1 磁场积分方程的离散
• 2.4.2 阻抗矩阵的生成
• 2.4.3 方程列向量的生成
• 2.4.4 RCS 计算
• 2.5 数值算例
• 2.6 小结
• 第三章 基于电场积分方程的SED-MOM 方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于电场积分方程SED-MOM 技术
• 3.2.1 电场积分方程的建立
• 3.2.2 矩阵方程中奇异性处理技术
• 3.3 数值算例
• 3.4 小结
• 第四章 SED-MOM/FEM 混合方法
• 4.1 引言
• 4.2 电磁场混合积分方程组的建立
• 4.2.1 等效原理及混合积分方程
• 4.2.2 SED 基函数的求解
• 4.2.3 混合积分方程的离散
• 4.2.4 矩阵方程的生成
• 4.3 数值算例
• 4.3.1 金属贴片阵列结构电磁散射分析
• 4.3.2 金属平板阵列结构电磁散射分析
• 4.3.3 金属立方体阵列结构电磁散射分析
• 4.3.4 介质平板阵列结构电磁散射分析
• 4.3.5 单面覆铜介质平板阵列结构电磁散射分析
• 4.3.6 微带天线阵列结构电磁散射分析
• 4.4 效率分析
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 后续工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表学术论文及参加科研项目