本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜電大平臺(tái)天線輻射特性的快速混合算法研究

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【摘要】：隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展,電磁兼容在軍事安全領(lǐng)域中的重要性越來(lái)越顯著,尤其是在艦船、飛機(jī)等復(fù)雜武器平臺(tái)問(wèn)題中,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜精細(xì)、加載天線分布密集、電尺寸尺度大小不一,這些因素都給計(jì)算電磁學(xué)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)矩量法(MoM)受限于計(jì)算機(jī)資源難以處理大未知量問(wèn)題。高頻近似方法雖然能夠快速地分析電大尺寸目標(biāo),但是無(wú)法處理天線輻射等較為復(fù)雜的電磁問(wèn)題。為了能夠高效地分析復(fù)雜電大平臺(tái)上天線的電磁特性,本文實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)積分法(AIM)與物理光學(xué)法(PO)的高效迭代混合方法(EI-AIM-PO)。主要工作內(nèi)容如下：(1)實(shí)現(xiàn)了基于面面結(jié)構(gòu)的MoM,并針對(duì)線狀結(jié)構(gòu)天線建立了等效的條帶模型,分析了其在輻射問(wèn)題中的應(yīng)用。RWG基函數(shù)在面面模型中的一致性,不僅保證了很好的準(zhǔn)確性,而且可以簡(jiǎn)化電磁問(wèn)題的分析。(2)研究并實(shí)現(xiàn)了AIM快速算法,詳細(xì)分析了AIM的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù),包括輔助基函數(shù)的等效轉(zhuǎn)換、阻抗矩陣元素的求解和矩陣矢量乘積的FFT加速等,并通過(guò)數(shù)值算例驗(yàn)證了代碼的可靠性。(3)基于傳統(tǒng)MoM-PO混合框架,實(shí)現(xiàn)了AIM和PO的迭代混合算法(AIM-PO)。其中,采用AIM加速分析天線及其鄰近區(qū)域,以PO處理電大載體平臺(tái),并以附加激勵(lì)的形式將PO區(qū)域的擾動(dòng)影響耦合進(jìn)矩陣方程中,通過(guò)迭代修正激勵(lì)電壓實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定,將計(jì)算復(fù)雜度從O(2M2N)降低至O(Iiter·MN)。(4)引入高性態(tài)樹結(jié)構(gòu)Kd-Tree,實(shí)現(xiàn)了高效迭代AIM-PO混合算法(EI-AIM-PO)。利用Kd-Tree組織PO區(qū)網(wǎng)格,加速了PO區(qū)域可見(jiàn)面的探查過(guò)程,將遮擋判斷的計(jì)算復(fù)雜度從O(1N2)減小為O(NlogN),改進(jìn)了迭代混合算法處理復(fù)雜電大平臺(tái)問(wèn)題的計(jì)算效率,數(shù)值算例的結(jié)果表明了EI-AIM-PO算法的高效性和正確性。(5)將鏡像理論集成到EI-AIM-PO算法中,以鏡像電流源等效無(wú)限大介質(zhì)平面對(duì)加載天線輻射特性的影響,拓展分析復(fù)雜電大平臺(tái)的半空間問(wèn)題,并通過(guò)與FEKO中的MoM-PO方法和MLFMM的數(shù)值結(jié)果比較,驗(yàn)證了本文算法的高效性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：矩量法 面-面結(jié)構(gòu) 自適應(yīng)積分法 物理光學(xué)法 Kd-Tree EI-AIM-PO算法 鏡像理論 半空間問(wèn)題
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及意義14-15
• 1.4 論文內(nèi)容安排及主要工作15-18
• 第二章 矩量法在電磁兼容問(wèn)題的研究與應(yīng)用18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 表面積分方程18-22
• 2.2.1 基本電磁理論18-19
• 2.2.2 電場(chǎng)積分方程19-20
• 2.2.3 磁場(chǎng)積分方程20-21
• 2.2.4 混合場(chǎng)積分方程21-22
• 2.3 矩量法的基本原理22-28
• 2.3.1 矩量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)22-23
• 2.3.2 RWG基函數(shù)的選取23-25
• 2.3.3 矩陣方程的求解25-26
• 2.3.4 條帶等效模型建模26-28
• 2.4 數(shù)值結(jié)果分析28-31
• 2.4.1 等效條帶結(jié)構(gòu)的線天線28-29
• 2.4.2 蝶形天線陣列29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 自適應(yīng)積分方法的實(shí)現(xiàn)與研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 自適應(yīng)積分方法的原理及實(shí)現(xiàn)32-36
• 3.2.1 輔助基函數(shù)的轉(zhuǎn)換32-34
• 3.2.2 阻抗矩陣元素的求解34-35
• 3.2.3 矩陣矢量乘積的快速計(jì)算35-36
• 3.3 數(shù)值算例分析36-41
• 3.3.1 vivaldi天線36-37
• 3.3.2 平面縫隙天線陣列37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 高低頻迭代混合算法的研究與改進(jìn)42-66
• 4.1 引言42
• 4.2 物理光學(xué)法42-44
• 4.3 迭代自適應(yīng)積分法與物理光學(xué)法混合算法44-56
• 4.3.1 AIM區(qū)域電流的求解45-46
• 4.3.2 PO區(qū)域電流的求解46-51
• 4.3.3 附加激勵(lì)的計(jì)算51-52
• 4.3.4 區(qū)域迭代耦合52-54
• 4.3.5 數(shù)值算例分析54-56
• 4.4 基于Kd-Tree結(jié)構(gòu)對(duì)迭代混合算法的改進(jìn)56-60
• 4.4.1 傳統(tǒng)遮擋判斷方法56-58
• 4.4.2 Kd-Tree加速遮擋判斷方法58-59
• 4.4.3 遮擋判斷效率比較59-60
• 4.5 改進(jìn)迭代混合算法算例分析60-65
• 4.5.1 拋物面平臺(tái)偶極子天線60-61
• 4.5.2 衛(wèi)星通信螺旋天線61-62
• 4.5.3 艦載平臺(tái)天線陣列62-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 電大載體平臺(tái)半空間問(wèn)題的快速分析66-78
• 5.1 引言66
• 5.2 有耗介質(zhì)平面?zhèn)鬏斕匦?/span>66-70
• 5.2.1 鏡像理論66-67
• 5.2.2 垂直極化67-69
• 5.2.3 平行極化69-70
• 5.3 半空間問(wèn)題的迭代混合方法70-72
• 5.3.1 鏡像電流的求解70-71
• 5.3.2 附加激勵(lì)的計(jì)算71-72
• 5.4 數(shù)值算例計(jì)算與分析72-77
• 5.4.1 橢圓柱體附近偶極子天線72-74
• 5.4.2 裝甲車平臺(tái)Hansen-Wooyard陣列天線74-76
• 5.4.3 艦載平臺(tái)平板陣列天線半空間問(wèn)題76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 總結(jié)78
• 6.2 展望78-80
• 致謝80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 碩士期間發(fā)表的論文86

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本文編號(hào)：901395