矩量法与其与ipo的混合法分析复杂目标电磁辐射与散射

《矩量法与其与ipo的混合法分析复杂目标电磁辐射与散射》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、矩铽法及其与IP0的混合法研究复杂目标电磁辐射与敞射电磁工程师，所能处理的问题对数据库有强烈的依赖性。这些局限性使得这两种技术都不能适应日益复杂的实际应用。电磁学的数值汁算方法可以分为时域方法(TimeDomain或TD)和频域(FrequencyDomain或FD)方法两大类。时域方法对Maxwell方程按时间步进后求解有关场量。最著名的时域方法是时域有限差分法(FiniteDifferenceTimeDomain或FDTD)。这种方法通常适用于求解在外界激励下场的瞬态变化过程。若使用脉冲激励源．一次求解可以得到一

2、个很宽频带范围内的响应。频域方法通常研究时谐(TimeHarmonic)激励条件下经过无限长时间后的稳态场分布的情况，使用这种方法，每次计算只能求得一个频率点上的n向应。过去这种方法被大量使用，多半是因为信号、雷达一般工作在窄带。频域方法可以分成基于射线的方法(Ray．based)和基于电流的方法(Current—based)。前者包括几何光学法(GO)、几何绕射理论(GTD)和～致性绕射理论(UTD)等等。后者主要包括矩量法(MoM)和物理光学法(PO)等等。基于射线的方法通常用光的传播方式来近似电磁波的行为，考虑

3、射向平面后的反射、经过边缘、尖劈和曲面后的绕射。当然这些方法都是高频近似方法，主要适用于那些目标表面光滑，其细节对于工作频率而言可以忽略的情况。同时，它们对于近场的模拟也不够精确。另一方面，基于电流的方法一般通过求解目标在外界激励下的感应电流进而再求解感应电流产生的散射场，而真实的场为激励场与散射场之和。基于电流的方法中最著名的是矩量法。矩量法严格建立在积分方程基础上，在数字上是精确的。其实，我们并不能判断它是一种低频方法或者是高频方法，只是矩量法所需要的存储空间和计算时间随未知元数的快速增长阻止了其对高频情况的应用

4、，因而它只好被限定在低频至中频的应用上。物理光学法可以认为是矩量法的一种近似，它忽略了各子散射元间的相互耦合作用，这种近似对大而平滑的目标是适用的，但是目标上含有边缘、尖劈和拐角等外形的部件时，它就失效了。当然，对于简单形状的物体，PO法还是一个常用的方法，毕竟，它的求解过程很迅速，并且所需的存储空间也非常少(O(N))。计算电磁学也可以分成基于微分方程的方法(DifferentialEquation)和基于积分方程的方法(IntegralEquation)两类。前者包括FDTD、时域有限体积法FVTD、频域有限差分

5、法FDFD、有限元法FEM。在微分方程类数值方法中，其未知数理论上讲应定义在整个自由空间以满足电磁场在无限远处的辐射条件。但是由于计算机只有有限的存贮量，人们引入了吸收边界条件来等效无限远处的辐射条件，使未知数局限于有限空间内。即便如此，其所涉及的未知数数目依然庞大(相比于边界积分方程而言)。同时，由于偏微分方程的局域性，使得场在数值网格的传播过程中形成色散误南京航空航天大学硕士学位论文差。所研究的区域越大，色散的积累越大。数目庞大的未知数和数值耗散问题使得微分方程类方法在分析电大尺寸目标时遇到了困难。对于FEM方法

6、，早期基于节点(Node．based)的处理方式非常有可能出于插值函数的导数不满足连续性而导致不可预知的伪解问题，使得这种在工程力学中非常成功的方法在电磁学领域内无法大展身手，直到一种基于棱边(Edge．based)的处理方式的出现后，这个问题才得以解决。积分方程类方法主要包括各类基于边界积分方程(BoundaryIntegralEquation)与体积分方程(VolumeIntegralEquation)的方法。与微分类方法不同，其未知元通常定义在源区，比如对于完全导电体(金属)未知元仅存在于表面，显然比微分方程类

7、方法少很多；而格林函数(Green’SFunction)的引入，使得电磁场在无限远处的辐射条件己解析地包含在方程之中。场的传播过程可由格林函数精确地描述，因而不存在色散误差的积累效应。由于实际问题的多样性，单独使用以上介绍的方法可能并不能满足需要，比如涂敷介质的目标、印刷电路板及微带天线的辐射散射／EMC分析、带复杂腔体和缝隙结构的目标的散射等等。因此工程界常常将各种方法搭配起来使用，形成各种混合方法。常见的混合方法包括边界积分方程与体积分方程／微分方法混合、高频近似方法与低频精确方法的混合、解析方法与数值方法的混合

8、等。高频方法与低频方法的混合技术一般针对含有复杂细节的电大尺寸目标而提出的。由于完全使用低频的精确方法来处理电大尺寸部分往往超出了目前计算机的能力，而单纯使用高频方法又得不到足够精确的近场，所以这种分而治之的折中方案就出现了。常用的混合方法包括弹跳射线法／矩量法混合(SBR／MoM)、物理绕射理论／矩量法混合(PTD，MoM)、几何绕射理论／矩