时域混合算法在电磁散射问题中的应用

论文摘要

本文给出了细导线问题时域积分方程(TDIE)详细的公式推导过程。从有源Maxwell方程出发,在细导线近似的基础上,导出任意弯曲细导线电磁响应的微分一积分方程。以螺旋天线及圆锥螺旋天线为例,讨论了入射波在两种极化情况下,天线参数改变对螺旋天线瞬态响应的影响。给出了一种将时域积分方程(TDIE)方法和时域有限差分(FDTD)方法相结合计算分层有耗半空间上方导线瞬态电磁响应的新方法。其中,一维FDTD方法用于计算入射电磁波经分层半空间反射的时域波形。TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应。相关计算理论和数值模拟结果说明了本文方法是一种解决了分层有耗介质上方水平放置导线瞬态响应的高效解决方案。进一步,利用一维修正FDTD方法用于计算斜入射下电磁波经分层半空间反射的时域波形。TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应。在斜入射情况下,能高效的计算分层介质上方细导线的瞬态响应。将TDIPO方法与TDEEC方法结合起来,研究了复合目标的瞬态散射特性。首先简单介绍了精确建模技术得到三维半掩埋理想导体与二维粗糙面之上的几何模型,并获得面片剖分数据。然后给出了TDIPO/EEC混合方法的理论推导过程,最后给出电磁波在不同角度入射时,复合目标瞬态散射的算例,算例和纯TDPO法进行了比较,充分验证了本文混合算法的精确性和高效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景及意义
• §1.2 电磁散射方法概述
• §1.3 混合方法的国内外发展现状
• §1.4 论文的研究内容及主要贡献
• 第二章 TDIE方法计算螺旋细导线瞬态响应
• §2.1 引言
• §2.2 积分方程的基本理论
• §2.3 弯曲导线情形
• §2.3.1 MoM解
• §2.3.2 矢量势的计算
• §2.3.3 标量势的计算
• §2.3.4 阻抗系数和标量势系数中积分的解析结果
• §2.4 显式解条件
• §2.5 显式解计算步骤
• §2.6 插值计算
• §2.7 数值结果
• §2.8 本章小结
• 第三章 FDTD/TDIE混合方法（垂直入射）
• §3.1 引言
• §3.2 混合算法的基本思想
• §3.2.1 TDIE方法求解直导线
• §3.2.2 FDTD方法
• §3.2.3 一维CPML吸收边界
• §3.3 数值结果
• §3.4 本章小结
• 第四章 TDIE/FDTD混合方法（斜入射）
• §4.1 引言
• §4.2 混合方法的基本思想
• §4.3 一维修正FDTD方法
• §4.4 一维修正CPML吸收边界
• §4.5 数值结果
• §4.6 本章小结
• 第五章 复合目标电磁散射的TDIPO/EEC混合方法
• §5.1 引言
• §5.2 时域迭代物理光学方法
• §5.3 面元之间遮挡关系判断
• §5.3.1 两面元A、B可以相互照射的必要条件
• §5.3.2 面元A、B被面元C遮挡的条件
• §5.4 时域边缘电磁流方法
• §5.5 复合模型的建立
• §5.5.1 描述粗糙面的基本统计参数
• §5.5.2 粗糙面的生成
• §5.5.3 目标的复合
• §5.5.4 网格剖分
• §5.6 数值结果
• §5.7 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果