基于CBFM-FE-BI的大规模复杂阵列天线电磁散射问题研究

发布时间：2017-03-30 17:22

  本文关键词：基于CBFM-FE-BI的大规模复杂阵列天线电磁散射问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大规模复杂天线阵的散射问题研究具有重要的现实意义,同时也是一个具有迫切需求和技术难度的课题。本文深入研究了能够计算大规模复杂天线阵散射特性的高效数值算法,主要的研究内容和工作包括以下几个方面：(1)考虑到天线单元具有多种材质和复杂的结构,研究了能有效分析复杂目标的电磁算法,将有限元方法(FEM)和矩量法(MoM)相结合,实现了有限元-边界积分(FE-BI)算法并利用其分析具有三维复杂结构的金属、介质及金属介质复合目标。(2)考虑到阵列天线的大规模和对称性等特性,为快速计算天线阵目标的单双站雷达散射截面(RCS),研究了两类特征基函数方法(CBFM)的基本原理,同时引入奇异值分解技术(SVD)和基于自适应交叉近似(ACA)方法的低秩分解算法,实现了基于SVD的ACA-CBFM方法。(3)将FE-BI算法与第二类CBFM方法相结合,得到了一种改进的CBFM-FE-BI混合方法,用于分析多激励下的大规模复杂天线阵散射问题。该方法基于特征基函数法基本原理,将整个计算区域进行分块处理,天线阵元用有限元-边界积分算法进行计算,利用空间多个角度的入射波计算得到每个块单元的初次特征基函数,进行奇异值分解(SVD)后去除强相关项,可以构造出与入射角度和极化方式都无关的正交特征基函数组,矩阵未知量得到缩减,可直接用LU分解求解,避免了迭代方法的收敛性问题,从而实现多激励下目标散射特性的快速求解。(4)利用ACA对混合方法进行改进,加速块单元间耦合阻抗矩阵的填充,最后得到ACA-CBFM-FE-BI混合方法,进一步提高计算效率。本文提供了多个算例,并与商业软件FEKO得到的结果进行对比,验证了该混合方法的准确性和高效性。
【关键词】：特征基函数法 矩量法 有限元-边界积分 电磁散射 奇异值分解 自适应交叉近似
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 论文研究内容及意义11-12
• 1.4 论文组织结构12-13
• 第二章 FE-BI方法分析复杂目标的散射特性13-27
• 2.1 复杂天线散射问题分析13-14
• 2.2 矩量法简介14-18
• 2.2.1 矩量法基本原理14
• 2.2.2 RWG基函数14-16
• 2.2.3 三角面元高斯数值积分16
• 2.2.4 矩量法求解理想导体表面电场积分方程16-18
• 2.3 矢量有限元和边界积分结合求解散射问题18-24
• 2.3.1 有限元区域离散和基函数选取18-19
• 2.3.2 FE-BI有限元部分公式19-21
• 2.3.3 FE-BI边界积分公式21-22
• 2.3.4 FE-BI方程结合22-23
• 2.3.5 雷达散射截面计算公式23-24
• 2.4 数值算例24-26
• 2.4.1 单层介质板24-25
• 2.4.2 多层介质板25
• 2.4.3 微带贴片天线25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 特征基函数方法原理及其应用27-41
• 3.1 特征基函数方法原理27-31
• 3.1.1 第一类特征基函数27-29
• 3.1.2 第二类特征基函数29-31
• 3.2 奇异值分解技术31-32
• 3.2.1 基本原理31-32
• 3.2.2 CBFM中的奇异值分解技术32
• 3.3 自适应交叉近似32-35
• 3.3.1 目标多层划分32-33
• 3.3.2 基本原理33-35
• 3.3.3 基于ACA的特征基函数方法35
• 3.4 数值算例35-39
• 3.4.1 Vivaldi天线35-36
• 3.4.2 NASA杏仁体36-37
• 3.4.3 PEC立方体阵列37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 CBFM-FE-BI混合算法分析复杂天线阵问题41-53
• 4.1 复杂天线阵散射问题分析41-42
• 4.2 CBFM-FE-BI混合算法42-45
• 4.2.1 基本原理42
• 4.2.2 公式推导42-45
• 4.3 基于ACA的改进CBFM-FE-BI方法45-46
• 4.4 数值算例46-51
• 4.4.1 微带贴片天线阵46-48
• 4.4.2 锥形缝隙天线阵48-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 总结与展望53-55
• 5.1 总结53-54
• 5.2 展望54-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-61
• 作者简介61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 顾晶晶;顾长青;;利用奇异值分解快速计算单站RCS的算法[J];微波学报;2010年02期

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本文编号：277680