復雜電磁問題的算法研究與軟件實現(xiàn).pdf

1、本文研究了計算電磁學中的矩量法和高頻方法，并將其應用到復雜電磁問題的分析和計算中。一方面將矩量法應用于復雜左手媒質(zhì)電磁特性的理論分析與探索，發(fā)現(xiàn)并驗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用價值。另一方面，應用基于計算機圖形學的高頻方法對復雜電大尺寸目標的電磁散射問題進行了深入討論與研究，并對太赫茲波段的電磁散射問題進行了探索。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)板的復合

2、結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能同時實現(xiàn)輻射功率增強、窄波束掃描和亞波長成像等功能。本文從理論上研究了此結(jié)構(gòu)的物理特性，建立了相應的物理模型，并通過矩量法對其進行了數(shù)值仿真，最終驗證了此結(jié)構(gòu)確實可以有效地提高輻射功率、且能在一定角度范圍內(nèi)實現(xiàn)窄波束掃描和亞波長成像等功能。 （2）提出了一種填充左右手混合介質(zhì)的三層介質(zhì)波導結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高功率密度傳輸。本文推導了該波導的的導波模式方程，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、使波導的傳輸功率密度大大提高。最后通過矩量法對該導波結(jié)構(gòu)進行了分析，從數(shù)值上驗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)的小孔耦合波導結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高功率密度傳輸，并在此基礎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在主波導和副波導中實現(xiàn)雙向定向傳輸。本文建立了這兩種結(jié)構(gòu)的物理模型，通過矩量法對其進行了分析與計算，從數(shù)值上驗證了該理論模型的正確性。 （4）研究了應用高頻方法對電大尺寸復雜

4、金屬目標RCS的計算問題，推導了PO+TW-ILDCs方法的計算公式，并提出了SBR+TW-ILDCs混合方法。利用這兩種方法對筆形體等典型結(jié)構(gòu)以及導彈、飛機等復雜目標的單/雙站RCS進行了計算，計算結(jié)果與多層快速多極子MLFMA結(jié)果以及美國軍方電磁軟件XPATCH和FISC結(jié)果對比，符合很好。該方法有效提高了雙站RCS精度，且通用性強，容易實現(xiàn)軟件集成，并應用該方法對太赫茲波段的電磁散射問題進行了探索。 （5）對基于參數(shù)曲面模