基于TD-FIT与TD-SBR的瞬态电磁场混合算法

发布时间：2018-11-22 17:44

【摘要】：现代通信电子设备频谱逐渐展宽,工作频率向更高频段拓展,实际工程中设备与平台的分析与设计涉及了大量的超电大尺寸、超宽带、以及复杂结构和复杂材质目标的近场电磁辐射或散射问题。传统的全波方法对计算机内存要求高,计算时间长,已经不能满足实际工程电磁计算的需要,目前高频渐进方法与全波方法的混合算法对解决这一难题具有更强优势。本文基于全时域多算法混合框架,研究了基于时域有限积分技术与时域弹跳射线法混合的瞬态电磁场数值计算方法,并用于分析设备与平台的系统电磁兼容问题。本文的主要工作和创新点可以概括为：·基于物理光学,推导出时域远区电磁场的闭合表达式,将时域平面波入射理想导电平板的时域物理光学面积分退化为一维围线积分形式。特别地,当平板围线为多边形时,一维围线积分进一步退化为一闭合表达式。最终闭合表达式只需计算与多边形顶点相关的简单初等函数,而与频率或者时域脉冲宽度无关。因此,可实现时域物理光学的精确、快速计算。·把光束追踪技术引入到时域弹跳射线法中,解决目前时域弹跳射线法中遇到的“象散问题”,实现了更高精度的计算。通过“等效入射参考平面”技术,把多次弹跳后的散射问题等效为标准时域物理光学问题,并利用本文提出的时域物理光学闭合表达式实现了高效的电磁场计算。本文基于推导出的闭合表达式从理论上分析了瞬态脉冲电磁波初次照射或多次弹跳后到达观察方向的时域电磁场特性。·提出了一种基于面元局部格林函数近似的时域物理光学快速近场计算公式,具有和本文提出的时域物理光学远场表达式同样简洁的闭合形式。并进一步把该闭合表达式融合到时域弹跳射线法框架中,实现其射线管时域物理光学积分的快速计算。并且提出了场-源距离自适应细分技术,实现了鲁棒性极高的时域弹跳射线法近场求解。·把时域有限差分方法中基于Kirchhoff面积分的近场-近场外推技术引入到时域有限积分方法的近场计算中,相对于传统基于Stratton-Chu面积分的时域有限积分近场计算,每个场分量的外推计算完全独立于其他分量,更为适合镶嵌结构的Yee元胞。不同场分量的外推采用不同的外推表面,避免了场值插值带来的数值误差,近场计算具有更高的精度。场分量外推的独立特性也使近场计算更易于并行化。·提出了时域有限积分技术与时域弹跳射线法混合的电磁数值算法,基于本文实现的时域弹跳射线法、时域有限积分技术以及其高效近场求解技术,提出了全时域框架下全波方法和高频渐进方法结合的混合算法。本文推导了区域间瞬态电磁场电磁耦合计算的差分表达式,并采用“顺序传递”方法实现混合算法时域场值迭代。通过时域电磁场的因果特性分析,提出“堆栈平移”方法实现了计算机内存存储和耦合计算效率的最优化设计。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441.4

【参考文献】