基于有限元法的天线优化设计及运动目标散射特性研究

发布时间：2017-10-24 08:23

  本文关键词：基于有限元法的天线优化设计及运动目标散射特性研究

  更多相关文章： 有限元法 双频圆极化天线 遗传算法 高速运动目标 相对论性电磁散射 洛伦兹变换

【摘要】：得益于各种数值处理方法的快速发展,基于剖分插值和变分原理发展起来的有限元法(FEM),以其对复杂问题强大的处理能力及求解的稳定性和准确性,而被广泛应用于电磁学领域的研究中。在无线系统中,所有的电磁波都要通过天线发射与接收,因此天线的优化设计对于无线系统至关重要。对高速运动目标的电磁散射特性分析是计算电磁学的重要研究内容,其对高速目标的隐身与反隐身技术的发展以及空间微波遥感领域的研究都具有极其重要的意义。本文主要基于有限元法对天线的优化设计和运动目标电磁散射特性进行了相关研究。文章首先结合遗传算法对可用于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)的双频圆极化天线进行了优化设计。利用High Frequency Structure Simulator(HFSS)与Matlab的联合编程,以回波损耗和轴比为优化基准对天线结构进行自适应处理,极大地优化了天线的设计过程。通过在圆形贴片边界附近加载两对类T型槽缝的方式,在单层微带天线上实现了BDS上行L波段和下行S波段的覆盖。与传统天线的设计过程相比,遗传算法优化天线的方法能灵活地对天线结构进行调整并得到一款结构简单、性能较好的双频圆极化天线。其次,在有限元法的基础上结合洛伦兹变换实现了运动目标电磁散射特性的有效分析,该方法不仅继承了有限元法较好的适应性和较高的精确度,同时结合洛伦兹变换,减少了运动目标电磁散射计算中的误差。通过对无限大运动介质板的反射和透射系数的计算,验证了该方法的可靠性。在此基础上,研究了不同入射角度及不同材质情况下各运动速度二维方柱的雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)和多普勒效应。计算结果表明,不同的运动速度对目标RCS的影响和多普勒效应不可忽略。多普勒效应与入射角、目标运动速度以及散射角有关,且关于目标运动方向对称。
【关键词】：有限元法 双频圆极化天线 遗传算法 高速运动目标 相对论性电磁散射 洛伦兹变换
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究进展12-15
• 1.2.1 导航终端天线设计的与优化12-14
• 1.2.2 运动目标散射特性的研究14-15
• 1.3 论文的主要内容和创新点15-17
• 第二章 有限元法基本理论和应用17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 有限元法的基本原理和实现方法17-26
• 2.2.1 有限元法的基本原理17-20
• 2.2.2 二维有限元分析20-26
• 2.3 有限元法分析天线辐射26-27
• 2.4 有限元法求解散射问题27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 双频圆极化天线的优化设计31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 遗传算法的基本原理31-34
• 3.2.1 基本遗传算法的步骤32-33
• 3.2.2 基本遗传算法的运算流程33-34
• 3.3 遗传算法在天线优化中的应用34-39
• 3.3.1 遗传算法/HFSS优化程序35-38
• 3.3.2 参数设置及结果分析38-39
• 3.4 双频圆极化天线的设计39-43
• 3.4.1 天线的结构和优化过程39-41
• 3.4.2 优化结果及分析41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 运动目标电磁散射特性的分析44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 静止目标雷达散射截面的求解44-48
• 4.2.1 等效原理及近远场外推45-46
• 4.2.2 理想导体方柱的雷达散射截面46-48
• 4.3 运动目标散射特性48-54
• 4.3.1 高速运动目标的洛伦兹变换48-51
• 4.3.2 运动介质板的反射与透射系数51-54
• 4.4 二维运动方柱的雷达散射截面分析54-61
• 4.4.1 理想导体方柱54-59
• 4.4.2 均匀介质方柱59-60
• 4.4.3 加涂覆层方柱60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 附录70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵国景;《有限元法》学习指导与习题[J];煤矿机械;1986年01期

2 刘胜杰;郜颖;;探析有限元法在机电行业中的应用[J];农业网络信息;2013年01期

3 ;有限元法讲座 第一讲 有限元法的基本思想和方法构造(续)[J];机床;1978年03期

4 ;有限元法讲座——第二讲 有限元法的基本思想和方法构造(续)[J];机床;1978年04期

5 ;有限元法讲座——第四讲 簿壁梁有限元法[J];机床;1978年06期

6 沈崤,孙洪生;工程声学中的有限元法[J];声学学报;1981年04期

7 李文臣 ,翁心光;有限元法在微波电磁场中的应用[J];电信科学;1985年05期

8 杨传瑞;;“有限元法”在国外医学领域中的应用[J];医学情报工作;1987年05期

9 王秉愚;有限元法的数化仪输入[J];北京工业学院学报;1988年S1期

10 叶绍松,阮祥发,赵燕;有限元法在结构分析中的应用[J];机械研究与应用;2005年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 唐旭海;郑超;张建海;;基于虚结点的多边形有限元法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 赵俊峰;周慎杰;王炳雷;王锡平;;应变梯度微梁的有限元法[A];力学与工程应用（第十三卷）[C];2010年

3 Liu Bin;Xu Ran;Zhang Yihui;Fang Daining;;原子有限元法在多物理场研究中的新进展(英文)[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 丁胜勇;邵国建;;基于多边形有限元法的混凝土细观模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 王耀;黑宝平;杨在林;;用于非均匀介质瞬态分析的动态非均匀有限元法[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

6 金峰;方修君;;扩展有限元法及与其他数值方法的联系[A];第17届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2008年

7 邓娇;王宏志;傅向荣;邓小环;宋孟燕;葛丽娜;田歌;;单自由度时空有限元法[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

8 徐春晖;李明瑞;;可离散有限元法中应变度量的选择[A];第五届全国计算爆炸力学会议论文摘要[C];2012年

9 张谧;徐春辉;;由于连续体破坏问题研究的可离散有限元法[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

10 张俊峰;李兴国;娄国伟;;有限元法在单片电路耦合设计中的应用[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 实习记者 南秀渊;有限元法研究的峥嵘岁月[N];新清华;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张双文;时域有限元法及其截断边界条件的研究[D];西南交通大学;2008年

2 付振东;非均质饱和多孔介质准静态行为分析的耦合多尺度及耦合升尺度有限元法[D];大连理工大学;2010年

3 林志良;比例边界有限元法及快速多极子边界元法的研究与应用[D];上海交通大学;2010年

4 卜令方;增强有限元法及其在岩土工程非连续变形分析中的应用[D];浙江大学;2014年

5 林峰;瞬变电磁场中时空有限元法的研究[D];沈阳工业大学;2005年

6 曹凤帅;比例边界有限元法在势流理论中的应用[D];大连理工大学;2009年

7 郑恩希;非多项式最小二乘有限元法在几种散射问题中的应用[D];吉林大学;2012年

8 王辉;基于径向基函数的无网格数值方法及杂交Trefftz有限元法[D];天津大学;2007年

9 李霄琳;非均质材料的光滑多尺度有限元法研究[D];吉林大学;2015年

10 何小祥;基于有限元法的混合技术及其在复杂电大腔体电磁分析中的应用[D];南京航空航天大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李昱君;语境视角下的有限元法发展史[D];山西大学;2008年

2 韩冬月;四阶抛物问题的弱Galerkin有限元法[D];吉林大学;2015年

3 苏欣;时域显式方法模拟二维复杂场地地震反应的实现及其应用[D];广东工业大学;2015年

4 孙先艳;耦合方程的半有限元法[D];上海大学;2015年

5 张纯;基于有限元法的自洁式空气过滤器箱体钢结构力学性能研究[D];浙江大学;2014年

6 陈勇棠;基于有限元法的行星搅拌机改进设计研究[D];广西大学;2015年

7 杨柳;非线性梁的动力学分析[D];石家庄铁道大学;2015年

8 宫成哲;基于移动终端的结构有限元法信息化处理[D];重庆大学;2015年

9 苏伟江;基于有限元法的渔船碰撞仿真研究[D];大连海事大学;2015年

10 王众;三维随机水质的Galerkin有限元法及应用[D];长春工业大学;2016年

，

本文编号：1087907