混合方法分析電大目標(biāo)附近天線受擾方向圖.pdf

1、電大尺寸復(fù)雜載體上各種天線和天線陣列的電磁輻射和電磁兼容問(wèn)題是當(dāng)今理論界與工程界中極富挑戰(zhàn)性的課題。該課題的涉及面相當(dāng)廣泛，研究方法眾多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中得到普及。目前，非均勻有理B樣條(NURBS)曲面建模技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)產(chǎn)品建模的主流方法。基于NURBS曲面建模技術(shù)的電磁計(jì)算方法是一個(gè)緊迫且具有重大理論意義和工程意義的課題。本文緊密結(jié)合支撐技術(shù)項(xiàng)目，綜合考慮傳統(tǒng)的高頻方法和低頻

2、方法的優(yōu)勢(shì)，用高低頻混合方法來(lái)分析這類問(wèn)題，研究了基于NURBS曲面建模的MOM-PO混合方法以及高階MOM結(jié)合UTD方法，并將其用于分析電大目標(biāo)附近天線和天線陣列的受擾方向圖。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)可以概括為：
　　1.提出一種改進(jìn)的基于NURBS建模的PO方法來(lái)分析電大散射體附近天線的受擾方向圖。該方法克服了傳統(tǒng)方法中用球面波代替真實(shí)天線，且天線必須遠(yuǎn)離散射體的局限性。本文用真實(shí)天線輻射場(chǎng)作為PO區(qū)域的入射場(chǎng)來(lái)激發(fā)感應(yīng)電流，使

3、得天線無(wú)需遠(yuǎn)離散射體，增強(qiáng)了算法的通用性?；赟PM的NURBS-PO方法中，使用優(yōu)化方法搜索駐相點(diǎn)。本文利用Ludwig積分來(lái)計(jì)算感應(yīng)電流的曲面積分，使得算法更加簡(jiǎn)潔易于實(shí)現(xiàn)。另一方面研究了基于SPM的NURBS-PO方法的加速算法，使得該算法效率大幅提高。
　　2.提出一種改進(jìn)的基于NURBS建模的MOM-PO混合方法來(lái)分析位于散射體附近天線的受擾方向圖。傳統(tǒng)基于NURBS建模的MOM-PO方法中，采用SPM方法計(jì)算感應(yīng)電流的

4、曲面積分，天線必須遠(yuǎn)離散射體一個(gè)波長(zhǎng)以上。本文從數(shù)值算例及理論兩方面分析了SPM方法在近場(chǎng)計(jì)算時(shí)失效的原因。采用Ludwig積分計(jì)算有理貝齊爾曲面上的物理光學(xué)感應(yīng)電流積分，克服了近場(chǎng)計(jì)算失效問(wèn)題。數(shù)值算例驗(yàn)證了本文方法的有效性，且不受限于天線與散射體的距離。此外，提出了一種類似于自適應(yīng)方法的積分區(qū)域剖分判定方法來(lái)提高算法效率。
　　3.提出Ludwig積分結(jié)合SPM技術(shù)的NURBSMOM-PO方法，用于電大平臺(tái)問(wèn)題的高效分析。Lu

5、dwig積分需要對(duì)一個(gè)矩形區(qū)域進(jìn)行剖分，為得到較高精度的計(jì)算結(jié)果，往往剖分較細(xì)，使得計(jì)算效率不高。SPM方法不需要任何剖分。因此，先對(duì)天線單元與散射體的距離進(jìn)行預(yù)判斷，如果距離低于一個(gè)波長(zhǎng)則用Ludwig積分處理，反之則使用SPM方法。利用Ludwig積分結(jié)合SPM技術(shù)計(jì)算有理貝齊爾曲面上物理光學(xué)感應(yīng)電流的積分，既避免了單純使用SPM方法時(shí)近區(qū)場(chǎng)計(jì)算失效的問(wèn)題，又避免了單純使用Ludwig積分時(shí)計(jì)算效率較低的缺點(diǎn)。
　　4.提出基

6、于Ludwig積分結(jié)合SPM方法的NURBSMOM-PO快速算法。SPM方法求解過(guò)程中多次求解關(guān)鍵點(diǎn)消耗大量計(jì)算時(shí)間，本文引入兩種加速技巧，通過(guò)對(duì)矩量法區(qū)域進(jìn)行分組求解及計(jì)算方向圖時(shí)采用插值關(guān)鍵點(diǎn)方法，極大的提高了NURBS建模MOM-PO混合方法的計(jì)算效率。數(shù)值結(jié)果與不加速的NURBSMOM-PO方法和三角形建模的MOM-PO得到的結(jié)果吻合良好。計(jì)算時(shí)間的對(duì)比說(shuō)明了本文方法與傳統(tǒng)方法相比，效率大幅度提高。
　　5.提出高階MOM

7、結(jié)合UTD分析電大平臺(tái)附近復(fù)雜天線受擾方向圖。使用高階MOM計(jì)算無(wú)平臺(tái)下包圍復(fù)雜天線的近區(qū)封閉面上的復(fù)矢量場(chǎng)，根據(jù)等效原理得到封閉面上的初始電磁流。采用UTD方法計(jì)算平臺(tái)的散射場(chǎng)，迭代封閉面上的電磁流分布。根據(jù)迭代結(jié)束后的電磁流結(jié)合UTD計(jì)算天線的受擾方向性圖，通過(guò)與矩量法的計(jì)算結(jié)果對(duì)比，說(shuō)明本文方法的精度高，且該方法在計(jì)算復(fù)雜天線在電大平臺(tái)下受擾方向圖時(shí)具有計(jì)算時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。近似方法的提出提高了計(jì)算效率，且結(jié)果與MOM吻合甚好。本文方