基于有限元方法對三維結構電磁散射問題的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，以及國際形勢的不斷變化，科技的作用已經越來越凸顯。而這其中，雷達無疑是發(fā)展的重點，因為它被稱為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的眼鏡。而在雷達系統(tǒng)的設計中，目標的電磁散射特性研究是一項重要的共性基礎研究，它對于現(xiàn)代戰(zhàn)機的隱形設計、目標分類與識別、遠程預警和跟蹤等軍事應用都有著極其重要的參考價值。在研究電磁散射的數(shù)值計算方法中，有限元法被廣泛應用。而在實際應用中,很多電磁散射問題和輻射問題都涉及到無限區(qū)域，這時有限元法需要在離開目標一段距離的位置

2、設置合適的邊界條件，導致計算量的急劇增加。雖然邊界積分法在積分方程的基礎上可以直接分析目標問題,但是最終要生成一個滿秩矩陣，這對計算機的內存和計算要求較高，不能應用到尺寸較大的電磁問題中。為了更好地應用這兩種數(shù)值仿真方法，發(fā)展出了有限元-邊界積分法。通過引入一個虛構的邊界可以將這種方法應用到實際的電磁問題中，以邊界面分割，邊界內部應用有限元法，邊界外應用邊界積分法，并根據(jù)場的連續(xù)性進行耦合。有限元-邊界積分法對于處理大型無限域問題有著較

3、大的優(yōu)勢，因此有必要對其進行研究和應用。本文主要工作分為以下三點:
　　1.首先介紹了矢量有限元方法的基本原理,并通過對波導問題的分析加深對有限元法的理解。在這個過程中，通過離散網格、添加插值函數(shù)、強加邊界條件、矩陣稀疏存儲以及對矩陣求解等過程得到最后的場圖和透射系數(shù)。并通過與HFSS仿真結果進行比較,計算誤差大小，進而對有限元法的過程進行一個詳細的概述。
　　2.在電磁散射和輻射等問題中，它們關心的是無限空間，而應用有限元

4、法必須將無限大區(qū)域通過人工截斷邊界截斷為有限大區(qū)域，包括吸收邊界條件(ABC)和完全匹配層(PML)，本文采用一階矢量吸收邊界條件計算三維結構目標的散射問題。通過對規(guī)則模型的收斂性判斷，與HFSS仿真結果進行對比，并計算出其雷達截面RCS與解析解對比驗證自己的程序，并得到一些復雜模型的RCS，從而完成一套適用于任意三維結構模型的程序。
　　3.最后，引入有限元邊界積分解決電磁散射問題，通過Ez極化和Hz極化兩種方式對其進行推導，得