复杂电磁结构中的特征模理论及其工程应用研究

发布时间：2021-03-07 17:47

　　特征模理论只考虑电磁目标的结构、尺寸和材料等固有属性而与任何外在激励无关,因此通过其模式分解过程可以为电磁目标的辐射和散射机制提供清晰的物理解释。特征模理论最初为分析金属体的散射问题而提出,在无线通信兴起后已被广泛应用于天线系统的设计和优化。然而自金属体特征模理论被广泛认可并应用以来,应对更为复杂电磁结构的特征模的理论发展却不尽如人意,已经严重限制了特征模理论的应用范围。因此,对特征模开展系统化的理论研究,拓展其理论适用范围,不仅对其理论的完善大有裨益,更重要的是可以为更为广泛的电磁目标的辐射和散射分析提供物理层面上的系统化指导。正是基于此目的,本文采取类似于经典金属体特征模理论的发展流程,在介质全涂敷金属体特征模的理论发展和验证,更广泛的金属介质复合体特征模的理论发展和验证以及网络特征模在紧耦合阵列上的应用等方面开展了较为深入的研究工作。本文的主要内容可概述如下:1.首先简述了特征模理论的研究背景及其研究历史和进展。其次,从基于电场积分方程的矩量法入手,通过数学算子和能量关系分别推导出了金属体特征模理论,并通过复坡印廷定理证明了该特征模理论所得的特征值的物理含义及其特征电流和特征场的... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 特征模理论的研究背景及意义
    1.2 特征模理论的研究历史及现状
        1.2.1 理论方面
        1.2.2 应用方面
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本文的结构安排
第二章 金属体特征模理论
    2.1 引言
    2.2 表面积分方程
        2.2.1 标量势函数和矢量势函数
        2.2.2 电场积分方程
    2.3 矩量法
        2.3.1 数学描述
        2.3.2 几何建模和离散
    2.4 金属体特征模理论发展
        2.4.1 基于数学算子的广义特征值方程
        2.4.2 基于能量关系的广义特征值方程
    2.5 正交性
        2.5.1 特征电流的正交性
        2.5.2 特征场的正交性
    2.6 特征模相关量定义及物理含义阐述
        2.6.1 特征值
        2.6.2 模式显著性
        2.6.3 特征角
    2.7 特征模理论的数值执行
        2.7.1 广义特征值方程求解
            2.7.1.1 奇异值分解法
            2.7.1.2 隐式重启ARNOLDI法
        2.7.2 模式追踪
    2.8 特征模和本征模
    2.9 本章小结
第三章 介质全涂敷金属体特征模理论
    3.1 引言
    3.2 介质全涂敷金属体的电磁建模
    3.3 介质全涂敷金属体的特征模理论发展
        3.3.1 特征流和特征场定义及关系
        3.3.2 特征模公式推导
            3.3.2.1 基于电场切向连续性
            3.3.2.2 基于磁场切向连续性
    3.4 介质全涂敷金属体的特征模理论验证
        3.4.1 介质全涂敷金属长方体
        3.4.2 介质全涂敷金属弹头
        3.4.3 具有同心金属体的半球介质谐振天线
    3.5 基于介质全涂敷金属体特征模理论的模式分解法
        3.5.1 模式分解公式一
        3.5.2 模式分解公式二
        3.5.3 模式完备性的讨论
    3.6 介质全涂敷金属体的散射分析与控制
        3.6.1 散射分析精度和散射物理机制
        3.6.2 散射分析效率
        3.6.3 散射控制
    3.7 本章小结
第四章 任意金属介质复合体特征模理论
    4.1 引言
    4.2 连接域建模方法
    4.3 任意金属介质复合体的电磁建模
    4.4 任意金属介质复合体的特征模理论发展
        4.4.1 特征流和特征场定义及关系
        4.4.2 特征模公式推导
            4.4.2.1 基于电场切向连续性
            4.4.2.2 基于磁场切向连续性
    4.5 任意金属介质复合体的特征模理论验证
        4.5.1 金属介质分离的复合结构
        4.5.2 金属介质连接的复合结构
            4.5.2.1 介质部分涂敷金属长方体
            4.5.2.2 介质全涂敷金属弹头
            4.5.2.3 金属方环部分覆盖介质环
        4.5.3 实际天线验证
            4.5.3.1 具有同心金属体的半球介质谐振天线
            4.5.3.2 具有金属条带调谐的半球介质谐振天线
    4.6 基于任意金属介质复合体特征模理论的模式分解法
        4.6.1 模式分解公式一
        4.6.2 模式分解公式二
    4.7 任意金属介质复合体的散射分析
        4.7.1 散射分析精度和散射物理机制
            4.7.1.1 加载有介质基板的U形金属贴片
            4.7.1.2 圆柱形介质部分涂敷金属长方体
        4.7.2 散射分析效率
    4.8 本章小结
第五章 基于网络特征模理论的紧耦合阵列宽带匹配
    5.1 引言
    5.2 网络特征模理论建立
    5.3 基于网络特征模理论的紧耦合阵列宽带匹配
        5.3.1 宽带匹配原理
        5.3.2 阵列参数提取
        5.3.3 阵列点频匹配
        5.3.4 阵列宽带匹配
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3069541