基于FDTD算法的频率选择表面特性研究
发布时间：2021-07-02 12:01
频率选择表面本质是一种空间滤波器,与照射到其表面的电磁波会发生相互作用,使这些电磁波有选择性的通过这个平面,在一定频段内,会呈现全反射或全透射的现象,在通信领域应用十分广泛。正因为频率选择表面这种特性,对其研究一直是电磁学领域研究的热点。论文针对平面和曲面频率选择表面电磁特性的研究,引入时域有限差分算法这一处理方法,该算法从麦克斯韦方程出发,在时间和空间上,对电场分量和磁场分量进行离散,从而求解空间电磁场。在平面波垂直入射的条件下,针对平面的频率选择表面,可以采用周期边界条件,只对其中一个单元计算,便可以分析该频率选择表面的传输特性;针对曲面的频率选择表面,可以利用算法对整个模型计算。通过应用时域有限差分算法完成对频率选择表面的数值分析,并与仿真软件的结果对比,验证时域有限差分算法的准确性和高效性。论文主要工作从以下几个方面进行:首先,介绍了频率选择表面和时域有限差分算法的研究背景,简述频率选择表面的定义、分类、工作机理,以及时域有限差分算法在分析频率选择表面时用的一些基本理论知识,包括基本迭代公式、吸收边界条件、周期边界条件以及一维和二维的Floquet定理等;其次,在采用时域有限差...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1论文基本框图
第2章频率选择表面时域有限差分算法基本理论9图2.1.1FDTD离散中的Yee元胞最后可以得到离散化处理后，直角坐标系下FDTD的迭代公式，其中x，y，z三个方向上电场分量分别为：ziHkkjiHjyiHkkjiHjmCBAkjiEmkjiECnynynznznxnx21,,2121,,21,21,21,21,21,,21,,212/12/12/12/11(2.1.7)xiHkkjiHjziHkkjiHjmCBkjiEmkjiECAnznznxnxnyny,21,21,21,2121,21,21,21,,21,,21,2/12/12/12/11(2.1.8)yiHkkjiHjxiHkkjiHjmCBkjiEmkjiECAnxnxnynynznz21,21,21,21,21,,2121,,2121,,21,,2/12/12/12/11(2.1.9)式中：
第2章频率选择表面时域有限差分算法基本理论15(a)结构示意图(b)等效电路图(c)透射特性图图2.2.3孔径型FSS单元结构当电磁波入射到贴片型FSS时，会在金属贴片FSS表面产生感应电流。也就是说，照射到FSS表面电磁波会分成两种状态，一种是转换为可以引起电子振荡的动能，一种是继续穿过FSS进行传播。当入射电磁波的频率与谐振频率保持一致时，贴片型FSS会呈现全反射特性，使得透射系数为零；反之，当入射电磁波的频率与谐振频率不一致时，贴片型FSS的入射电磁波会全部通过FSS进行传播。同样，当电磁波入射到孔径型FSS时，会引起电子移动，并且在孔径周围形成感应电流。当入射电磁波的频率与谐振频率保持一致时，呈现全透射特性；当与谐振频率不一致时，透射系数会减小，同时入射电磁波会发生反射。2.2.2Floquet定理介绍在分析FSS的电磁特性时，通常是把FSS阵列看做无限阵来处理，只需要分析其中一个单元便可分析出整个阵列的相关特性。当无限大的FSS结构[41][64]阵列引入入射波后，其特殊的性质会引起它周围场幅度和相位差都具有规律性，主要表现为场幅度呈现周期性，相位上也呈现有规律的相位差，这称为Floquet定理[7-8][10-11][19]，该定理是分析FSS等周期结构电磁特性的基本定理。下面对定理进行分析。图2.2.4一维周期结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型目标RCS快速计算方法[J]. 齐玉涛,张馨元,李皓. 中国高新科技. 2019(10)
[2]基于FDTD算法的周期结构分析[J]. 许林青,赵建平,张仕顺,杨君,徐娟. 通信技术. 2019(04)
[3]一体化曲面共形频率选择表面雷达罩[J]. 王向峰,高炳攀,任志英,林炎章,陈盈. 光学精密工程. 2018(06)
[4]基于FDTD方法的复杂目标RCS数值计算[J]. 许鑫,朱安石,杨勇,蔚建斌. 无线电工程. 2015(07)
[5]使用新型频率选择表面反射板来提高超宽带天线的性能[J]. 黄惠芬,张少芳. 新型工业化. 2013(12)
[6]排列方式对Y形单元厚屏频率选择表面传输特性的影响[J]. 吴楠,汪剑波,卢俊,陈新邑. 长春理工大学学报(自然科学版). 2013(06)
[7]曲面有限大频率选择表面传输特性的分析[J]. 郭兴旺,李尚生,陈佳林. 无线电工程. 2012(12)
[8]双层频率选择表面的优化设计[J]. 胡晓晴,夏同生,唐光明,董金明. 现代电子技术. 2012(05)
[9]大规模柱面频率选择表面电磁特性分析[J]. 何小祥,薛尉,徐伟,金魁,袁中毅. 南京理工大学学报. 2012(01)
[10]周期性狭缝阵列的等效电路机理[J]. 蒙志君,吕明云,武哲,王立峰. 微波学报. 2010(06)
硕士论文
[1]周期结构电磁特性的时域有限差分算法研究[D]. 李燕茹.南京理工大学 2018
[2]共形频率选择表面的研究与优化[D]. 刘兵.电子科技大学 2017
[3]基于迭代FDTD法分析任意入射角度下周期结构的传输特性[D]. 沈晨阳.安徽大学 2016
[4]多尺度时域有限差分法研究[D]. 黄静.南京理工大学 2015
[5]曲面频率选择表面的研究与实现[D]. 梁冰苑.北京理工大学 2014
[6]频率选择表面的设计与仿真计算[D]. 杨泽波.中南大学 2014
[7]基于组合单元的频率选择表面设计[D]. 刘颖.华中师范大学 2013
[8]多层不同周期频率选择表面的电磁响应特性研究[D]. 何佳.长春理工大学 2013
[9]一种双波段频率选择表面结构单元的设计与研究[D]. 李沐.南京邮电大学 2012
[10]基于FDTD方法的频率选择表面建模和应用研究[D]. 赵芳芳.南京航空航天大学 2012
本文编号：3260427
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1论文基本框图
第2章频率选择表面时域有限差分算法基本理论9图2.1.1FDTD离散中的Yee元胞最后可以得到离散化处理后，直角坐标系下FDTD的迭代公式，其中x，y，z三个方向上电场分量分别为：ziHkkjiHjyiHkkjiHjmCBAkjiEmkjiECnynynznznxnx21,,2121,,21,21,21,21,21,,21,,212/12/12/12/11(2.1.7)xiHkkjiHjziHkkjiHjmCBkjiEmkjiECAnznznxnxnyny,21,21,21,2121,21,21,21,,21,,21,2/12/12/12/11(2.1.8)yiHkkjiHjxiHkkjiHjmCBkjiEmkjiECAnxnxnynynznz21,21,21,21,21,,2121,,2121,,21,,2/12/12/12/11(2.1.9)式中：
第2章频率选择表面时域有限差分算法基本理论15(a)结构示意图(b)等效电路图(c)透射特性图图2.2.3孔径型FSS单元结构当电磁波入射到贴片型FSS时，会在金属贴片FSS表面产生感应电流。也就是说，照射到FSS表面电磁波会分成两种状态，一种是转换为可以引起电子振荡的动能，一种是继续穿过FSS进行传播。当入射电磁波的频率与谐振频率保持一致时，贴片型FSS会呈现全反射特性，使得透射系数为零；反之，当入射电磁波的频率与谐振频率不一致时，贴片型FSS的入射电磁波会全部通过FSS进行传播。同样，当电磁波入射到孔径型FSS时，会引起电子移动，并且在孔径周围形成感应电流。当入射电磁波的频率与谐振频率保持一致时，呈现全透射特性；当与谐振频率不一致时，透射系数会减小，同时入射电磁波会发生反射。2.2.2Floquet定理介绍在分析FSS的电磁特性时，通常是把FSS阵列看做无限阵来处理，只需要分析其中一个单元便可分析出整个阵列的相关特性。当无限大的FSS结构[41][64]阵列引入入射波后，其特殊的性质会引起它周围场幅度和相位差都具有规律性，主要表现为场幅度呈现周期性，相位上也呈现有规律的相位差，这称为Floquet定理[7-8][10-11][19]，该定理是分析FSS等周期结构电磁特性的基本定理。下面对定理进行分析。图2.2.4一维周期结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型目标RCS快速计算方法[J]. 齐玉涛,张馨元,李皓. 中国高新科技. 2019(10)
[2]基于FDTD算法的周期结构分析[J]. 许林青,赵建平,张仕顺,杨君,徐娟. 通信技术. 2019(04)
[3]一体化曲面共形频率选择表面雷达罩[J]. 王向峰,高炳攀,任志英,林炎章,陈盈. 光学精密工程. 2018(06)
[4]基于FDTD方法的复杂目标RCS数值计算[J]. 许鑫,朱安石,杨勇,蔚建斌. 无线电工程. 2015(07)
[5]使用新型频率选择表面反射板来提高超宽带天线的性能[J]. 黄惠芬,张少芳. 新型工业化. 2013(12)
[6]排列方式对Y形单元厚屏频率选择表面传输特性的影响[J]. 吴楠,汪剑波,卢俊,陈新邑. 长春理工大学学报(自然科学版). 2013(06)
[7]曲面有限大频率选择表面传输特性的分析[J]. 郭兴旺,李尚生,陈佳林. 无线电工程. 2012(12)
[8]双层频率选择表面的优化设计[J]. 胡晓晴,夏同生,唐光明,董金明. 现代电子技术. 2012(05)
[9]大规模柱面频率选择表面电磁特性分析[J]. 何小祥,薛尉,徐伟,金魁,袁中毅. 南京理工大学学报. 2012(01)
[10]周期性狭缝阵列的等效电路机理[J]. 蒙志君,吕明云,武哲,王立峰. 微波学报. 2010(06)
硕士论文
[1]周期结构电磁特性的时域有限差分算法研究[D]. 李燕茹.南京理工大学 2018
[2]共形频率选择表面的研究与优化[D]. 刘兵.电子科技大学 2017
[3]基于迭代FDTD法分析任意入射角度下周期结构的传输特性[D]. 沈晨阳.安徽大学 2016
[4]多尺度时域有限差分法研究[D]. 黄静.南京理工大学 2015
[5]曲面频率选择表面的研究与实现[D]. 梁冰苑.北京理工大学 2014
[6]频率选择表面的设计与仿真计算[D]. 杨泽波.中南大学 2014
[7]基于组合单元的频率选择表面设计[D]. 刘颖.华中师范大学 2013
[8]多层不同周期频率选择表面的电磁响应特性研究[D]. 何佳.长春理工大学 2013
[9]一种双波段频率选择表面结构单元的设计与研究[D]. 李沐.南京邮电大学 2012
[10]基于FDTD方法的频率选择表面建模和应用研究[D]. 赵芳芳.南京航空航天大学 2012
本文编号：3260427
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