本文關(guān)鍵詞：基于有限元法的天線優(yōu)化設(shè)計及運動目標散射特性研究

  更多相關(guān)文章： 有限元法 雙頻圓極化天線 遺傳算法 高速運動目標 相對論性電磁散射 洛倫茲變換

【摘要】：得益于各種數(shù)值處理方法的快速發(fā)展,基于剖分插值和變分原理發(fā)展起來的有限元法(FEM),以其對復(fù)雜問題強大的處理能力及求解的穩(wěn)定性和準確性,而被廣泛應(yīng)用于電磁學(xué)領(lǐng)域的研究中。在無線系統(tǒng)中,所有的電磁波都要通過天線發(fā)射與接收,因此天線的優(yōu)化設(shè)計對于無線系統(tǒng)至關(guān)重要。對高速運動目標的電磁散射特性分析是計算電磁學(xué)的重要研究內(nèi)容,其對高速目標的隱身與反隱身技術(shù)的發(fā)展以及空間微波遙感領(lǐng)域的研究都具有極其重要的意義。本文主要基于有限元法對天線的優(yōu)化設(shè)計和運動目標電磁散射特性進行了相關(guān)研究。文章首先結(jié)合遺傳算法對可用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)的雙頻圓極化天線進行了優(yōu)化設(shè)計。利用High Frequency Structure Simulator(HFSS)與Matlab的聯(lián)合編程,以回波損耗和軸比為優(yōu)化基準對天線結(jié)構(gòu)進行自適應(yīng)處理,極大地優(yōu)化了天線的設(shè)計過程。通過在圓形貼片邊界附近加載兩對類T型槽縫的方式,在單層微帶天線上實現(xiàn)了BDS上行L波段和下行S波段的覆蓋。與傳統(tǒng)天線的設(shè)計過程相比,遺傳算法優(yōu)化天線的方法能靈活地對天線結(jié)構(gòu)進行調(diào)整并得到一款結(jié)構(gòu)簡單、性能較好的雙頻圓極化天線。其次,在有限元法的基礎(chǔ)上結(jié)合洛倫茲變換實現(xiàn)了運動目標電磁散射特性的有效分析,該方法不僅繼承了有限元法較好的適應(yīng)性和較高的精確度,同時結(jié)合洛倫茲變換,減少了運動目標電磁散射計算中的誤差。通過對無限大運動介質(zhì)板的反射和透射系數(shù)的計算,驗證了該方法的可靠性。在此基礎(chǔ)上,研究了不同入射角度及不同材質(zhì)情況下各運動速度二維方柱的雷達散射截面(Radar Cross Section, RCS)和多普勒效應(yīng)。計算結(jié)果表明,不同的運動速度對目標RCS的影響和多普勒效應(yīng)不可忽略。多普勒效應(yīng)與入射角、目標運動速度以及散射角有關(guān),且關(guān)于目標運動方向?qū)ΨQ。
【關(guān)鍵詞】：有限元法 雙頻圓極化天線 遺傳算法 高速運動目標 相對論性電磁散射 洛倫茲變換
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進展12-15
• 1.2.1 導(dǎo)航終端天線設(shè)計的與優(yōu)化12-14
• 1.2.2 運動目標散射特性的研究14-15
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點15-17
• 第二章 有限元法基本理論和應(yīng)用17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 有限元法的基本原理和實現(xiàn)方法17-26
• 2.2.1 有限元法的基本原理17-20
• 2.2.2 二維有限元分析20-26
• 2.3 有限元法分析天線輻射26-27
• 2.4 有限元法求解散射問題27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 雙頻圓極化天線的優(yōu)化設(shè)計31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 遺傳算法的基本原理31-34
• 3.2.1 基本遺傳算法的步驟32-33
• 3.2.2 基本遺傳算法的運算流程33-34
• 3.3 遺傳算法在天線優(yōu)化中的應(yīng)用34-39
• 3.3.1 遺傳算法/HFSS優(yōu)化程序35-38
• 3.3.2 參數(shù)設(shè)置及結(jié)果分析38-39
• 3.4 雙頻圓極化天線的設(shè)計39-43
• 3.4.1 天線的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化過程39-41
• 3.4.2 優(yōu)化結(jié)果及分析41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 運動目標電磁散射特性的分析44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 靜止目標雷達散射截面的求解44-48
• 4.2.1 等效原理及近遠場外推45-46
• 4.2.2 理想導(dǎo)體方柱的雷達散射截面46-48
• 4.3 運動目標散射特性48-54
• 4.3.1 高速運動目標的洛倫茲變換48-51
• 4.3.2 運動介質(zhì)板的反射與透射系數(shù)51-54
• 4.4 二維運動方柱的雷達散射截面分析54-61
• 4.4.1 理想導(dǎo)體方柱54-59
• 4.4.2 均勻介質(zhì)方柱59-60
• 4.4.3 加涂覆層方柱60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻64-69
• 致謝69-70
• 附錄70

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