發(fā)布時間：2020-11-05 00:44

　　 近年來,汽車,航空,航天和海事領(lǐng)域中的通信系統(tǒng)的進步以及電磁干擾和兼容性(EMI/EMC)意識的提高引起了對發(fā)展計算電磁學(xué)(CEM)數(shù)值方法的高度關(guān)注。它可以精確地模擬各種電磁系統(tǒng),同時考慮到它們運行的各種環(huán)境。因此,許多方法已經(jīng)發(fā)展出來,例如矩量法(MoM),有限元法(FEM)和有限差分時域(FDTD),每種方法都有各自的優(yōu)點和缺點。特別是,FDTD已成為一種廣泛使用的電磁系統(tǒng)建模工具,因為它可直接求解麥克斯韋方程并處理復(fù)雜的非均勻介質(zhì)。此外,FDTD還具有易于并行化計算的優(yōu)勢;因此,它可以使用超級計算集群對大型系統(tǒng)進行建模。然而,FDTD在用于模擬工作波長較大且具有較多精細特征的研究對象的問題時存在一些劣勢。FDTD需要將整個計算空間的進行網(wǎng)格化,精細特征的存在增加了所需的計算資源。這將作為本論文中所要實現(xiàn)的工作目標,為克服這些計算問題對多尺度方法進行研究。作為多尺度電磁問題的一個例子,我們在本文中考慮無線電戰(zhàn)術(shù)軍用車輛的情況。在車輛上安裝有大功率饋電的大型發(fā)射天線。考慮兩種情況:研究安裝天線與車載子系統(tǒng)之間的干擾以及車輛內(nèi)人員電磁輻射的不良影響的效果,目的是遵守控制子系統(tǒng)和設(shè)備的電磁干擾特性的國際標準以及人員暴露于軍事工作場所電磁輻射的健康保護。本文研究了許多多尺度問題,包括:(1)復(fù)雜平臺上兩個天線之間的耦合。一個是安裝在車輛上的龐大天線,第二個是需要精細分辨率建模的小天線;(2)通過對人體進行精確建模,分析天線輻射對工作區(qū)域中的人員的不良影響;(3)考慮到研究頻帶中的人體組織色散特性;(4)FDTD方法中精細特征的有效建模和新的多尺度方法的引入。四極德拜模型用于模擬人體組織,并且開發(fā)了一種新的高階交錯FDTD。所提出的方法屬于輔助微分方程FDTD方法。它基于使用高階后向有限微分來近似時間輔助導(dǎo)數(shù)和使用高階中心有限差分來近似空間導(dǎo)數(shù)。所提出的方法證明了其對于低分辨率網(wǎng)格的精度的效率。分析了自由空間,非色散和色散介質(zhì)的所提方法的穩(wěn)定性。本文提出了一種新的雙網(wǎng)格FDTD。該方法基于使用粗網(wǎng)格來建模大單元和精細網(wǎng)格來模擬精細特征。通過惠更斯等效電流來實現(xiàn)兩個網(wǎng)格之間的耦合。所提出的技術(shù)獨立于FDTD方案�；旌螰DTD用于模擬兩個天線之間的干擾情景,以及人體暴露于來自大天線的輻射的情景。最后,為了驗證該方法,將開發(fā)的分散FDTD方法與常見問題的電磁分析解決方案進行比較。對于雙網(wǎng)格方法,通過在整個計算空間中使用精細網(wǎng)格作為參考來進行全波模擬,將所提出的技術(shù)的結(jié)果與現(xiàn)有方法的結(jié)果進行比較,證明了該方法有效性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ810.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
Abbreviations
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background and significance
    1.2 Related issues to the modeling of mounted antennas
    1.3 Definition of the Key Concepts of the Problem
        1.3.1 Notion of Multi-Scale Problem
        1.3.2 Notion of Variable Problem
    1.4 Context of application
        1.4.1 Scenrio devoted to a dosimetry problem
        1.4.2 Scenario devoted to the study of the transmission antenna and EMC
        1.4.3 International Recommendation for The Protection of the Human Bodiesin The Military Workspaces
        1.4.4 International Recommendation for The Subsystems and EquipmentElectromagnetic Interference
    1.5 Survey On the Deferent Methods Applicable for the Simulation ofMounted Antennas on a Complex Platform
        1.5.1 Traditional rigorous methods
        1.5.2 Methods for the Multi-Scale problems
    1.6 Main content of the dissertation
Chapter 2 Basic FDTD and Its Limits for Multi-Scale Problems
    2.1 Introduction
    2.2 Maxwell Equations
    2.3 Principle of the FDTD method
        2.3.1 Numerical Constraints
        2.3.2 Special treatments,post-treatment and used models
    2.4 Exploitation of the FDTD for EMC simulation of a vehicular radiotransmission antenna
        2.4.1 The EM model of the vehicle and the mounted antenna
        2.4.2 Numerical results
    2.5 Summary
Chapter 3 Human exposure to Electromagnetic Fields and SARComputation
    3.1 Introduction
    3.2 Basic features of the numerical simulation
        3.2.1 Geometrical characterization of the human body
        3.2.2 Electromagnetic characterization of the human tissues
    3.3 Frequency-Dependent FDTD schemes
        3.3.1 Formulation of the PLRC-FDTD
        3.3.2 Numerical Validation
    3.4 Simulation results
    3.5 Summary
Chapter 4 High Order Staggered FDTD for Dispersive Media
    4.1 Introduction
    4.2 Formulation of the High-Order Staggered FDTD
    4.3 The Stability Analysis
    4.4 Numerical Validation
        4.4.1 Simulation In The Free Space
        4.4.2 Simulation in The Debye Dispersive Media
    4.5 Summary
Chapter 5 A New Multi-Levels Huygens Sub-Gridding FDTD Based on a TreeStructure and Object-Oriented Programming
    5.1 Introduction
    5.2 The principle of the Huygens Sub-Gridding Method
    5.3 Huygens sub-gridding algorithm
    5.4 Numerical Experiments
    5.5 Application of the Huygens Sub-gridding for the Dosimetry and theInterference between antennas
    5.6 Summary
Conclusion
References
List of Publications
Acknowledgements

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本文編號：2870853