复杂电大平台天线辐射特性的快速混合算法研究

发布时间：2017-09-22 14:41

  本文关键词：复杂电大平台天线辐射特性的快速混合算法研究

  更多相关文章： 矩量法 面-面结构 自适应积分法 物理光学法 Kd-Tree EI-AIM-PO算法 镜像理论 半空间问题

【摘要】：随着数字计算机和无线通信技术的快速发展,电磁兼容在军事安全领域中的重要性越来越显著,尤其是在舰船、飞机等复杂武器平台问题中,其结构设计复杂精细、加载天线分布密集、电尺寸尺度大小不一,这些因素都给计算电磁学带来了很大的挑战。传统矩量法(MoM)受限于计算机资源难以处理大未知量问题。高频近似方法虽然能够快速地分析电大尺寸目标,但是无法处理天线辐射等较为复杂的电磁问题。为了能够高效地分析复杂电大平台上天线的电磁特性,本文实现了自适应积分法(AIM)与物理光学法(PO)的高效迭代混合方法(EI-AIM-PO)。主要工作内容如下：(1)实现了基于面面结构的MoM,并针对线状结构天线建立了等效的条带模型,分析了其在辐射问题中的应用。RWG基函数在面面模型中的一致性,不仅保证了很好的准确性,而且可以简化电磁问题的分析。(2)研究并实现了AIM快速算法,详细分析了AIM的几个关键技术,包括辅助基函数的等效转换、阻抗矩阵元素的求解和矩阵矢量乘积的FFT加速等,并通过数值算例验证了代码的可靠性。(3)基于传统MoM-PO混合框架,实现了AIM和PO的迭代混合算法(AIM-PO)。其中,采用AIM加速分析天线及其邻近区域,以PO处理电大载体平台,并以附加激励的形式将PO区域的扰动影响耦合进矩阵方程中,通过迭代修正激励电压实现整个系统的稳定,将计算复杂度从O(2M2N)降低至O(Iiter·MN)。(4)引入高性态树结构Kd-Tree,实现了高效迭代AIM-PO混合算法(EI-AIM-PO)。利用Kd-Tree组织PO区网格,加速了PO区域可见面的探查过程,将遮挡判断的计算复杂度从O(1N2)减小为O(NlogN),改进了迭代混合算法处理复杂电大平台问题的计算效率,数值算例的结果表明了EI-AIM-PO算法的高效性和正确性。(5)将镜像理论集成到EI-AIM-PO算法中,以镜像电流源等效无限大介质平面对加载天线辐射特性的影响,拓展分析复杂电大平台的半空间问题,并通过与FEKO中的MoM-PO方法和MLFMM的数值结果比较,验证了本文算法的高效性和正确性。
【关键词】：矩量法 面-面结构 自适应积分法 物理光学法 Kd-Tree EI-AIM-PO算法 镜像理论 半空间问题
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 论文研究内容及意义14-15
• 1.4 论文内容安排及主要工作15-18
• 第二章 矩量法在电磁兼容问题的研究与应用18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 表面积分方程18-22
• 2.2.1 基本电磁理论18-19
• 2.2.2 电场积分方程19-20
• 2.2.3 磁场积分方程20-21
• 2.2.4 混合场积分方程21-22
• 2.3 矩量法的基本原理22-28
• 2.3.1 矩量法的数学基础22-23
• 2.3.2 RWG基函数的选取23-25
• 2.3.3 矩阵方程的求解25-26
• 2.3.4 条带等效模型建模26-28
• 2.4 数值结果分析28-31
• 2.4.1 等效条带结构的线天线28-29
• 2.4.2 蝶形天线阵列29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 自适应积分方法的实现与研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 自适应积分方法的原理及实现32-36
• 3.2.1 辅助基函数的转换32-34
• 3.2.2 阻抗矩阵元素的求解34-35
• 3.2.3 矩阵矢量乘积的快速计算35-36
• 3.3 数值算例分析36-41
• 3.3.1 vivaldi天线36-37
• 3.3.2 平面缝隙天线阵列37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 高低频迭代混合算法的研究与改进42-66
• 4.1 引言42
• 4.2 物理光学法42-44
• 4.3 迭代自适应积分法与物理光学法混合算法44-56
• 4.3.1 AIM区域电流的求解45-46
• 4.3.2 PO区域电流的求解46-51
• 4.3.3 附加激励的计算51-52
• 4.3.4 区域迭代耦合52-54
• 4.3.5 数值算例分析54-56
• 4.4 基于Kd-Tree结构对迭代混合算法的改进56-60
• 4.4.1 传统遮挡判断方法56-58
• 4.4.2 Kd-Tree加速遮挡判断方法58-59
• 4.4.3 遮挡判断效率比较59-60
• 4.5 改进迭代混合算法算例分析60-65
• 4.5.1 抛物面平台偶极子天线60-61
• 4.5.2 卫星通信螺旋天线61-62
• 4.5.3 舰载平台天线阵列62-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 电大载体平台半空间问题的快速分析66-78
• 5.1 引言66
• 5.2 有耗介质平面传输特性66-70
• 5.2.1 镜像理论66-67
• 5.2.2 垂直极化67-69
• 5.2.3 平行极化69-70
• 5.3 半空间问题的迭代混合方法70-72
• 5.3.1 镜像电流的求解70-71
• 5.3.2 附加激励的计算71-72
• 5.4 数值算例计算与分析72-77
• 5.4.1 椭圆柱体附近偶极子天线72-74
• 5.4.2 装甲车平台Hansen-Wooyard阵列天线74-76
• 5.4.3 舰载平台平板阵列天线半空间问题76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78
• 6.2 展望78-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-86
• 硕士期间发表的论文86

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本文编号：901395