本文關(guān)鍵詞：基于高低頻混合方法的區(qū)域分解算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電大載體上的天線(xiàn)輻射、電磁兼容、大型陣列結(jié)構(gòu)以及載體上細(xì)節(jié)對(duì)天線(xiàn)影響的研究一直都是現(xiàn)代天線(xiàn)技術(shù)研究中人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于這類(lèi)問(wèn)題中存在著導(dǎo)致計(jì)算成本過(guò)高的多尺度和大未知量等特性,因此使得現(xiàn)有數(shù)值仿真方法面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在某些應(yīng)用背景下,在保證一定精度的同時(shí),提高該問(wèn)題的求解效率和降低計(jì)算成本對(duì)天線(xiàn)設(shè)計(jì)是很有必要的。本文在系統(tǒng)的研究了等效原理算法(EPA)的基礎(chǔ)上,利用區(qū)域分解算法不同區(qū)域采用適合該區(qū)域物理特性算法的思想,深入而系統(tǒng)的研究了多種數(shù)值方法與等效原理算法的結(jié)合,在保證精度的前提下,使等效原理算法計(jì)算效率得到提高。本文著重從以下五個(gè)方面進(jìn)行研究:1.等效原理算法的基本原理。本文以惠更斯原理為出發(fā)點(diǎn),系統(tǒng)地介紹了等效原理算法以及相關(guān)算子推導(dǎo)過(guò)程。問(wèn)題中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以用等效面進(jìn)行包裹;等效面內(nèi)的物體與等效面之間的耦合可以通過(guò)等效算子來(lái)描述,該算子可將未知數(shù)從物體上轉(zhuǎn)移到等效面上;等效面與外部區(qū)域之間的耦合可以通過(guò)傳輸算子進(jìn)行計(jì)算。從未知數(shù)密度的角度看,等效面遠(yuǎn)小于被包裹物體,并且網(wǎng)格剖分也更加均勻,因此該方法非常適合多尺度目標(biāo)計(jì)算。等效算子的求解根據(jù)被包裹物體的不同而有所變化:當(dāng)物體僅涉及金屬問(wèn)題,則使用表面積分方程計(jì)算;如果除了金屬還涉及介質(zhì)到問(wèn)題,則使用體面積分方程計(jì)算。本文針對(duì)這兩種情況下等效算子的求解進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)和說(shuō)明。2.基于等效原理算法的輻射激勵(lì)源建模求解以及天線(xiàn)設(shè)計(jì)分析。和散射問(wèn)題不同,輻射問(wèn)題的激勵(lì)比較復(fù)雜,這不光體現(xiàn)在激勵(lì)源模型建模,還在于模型的計(jì)算方法。激勵(lì)的求解與算法本身的精度有著密切聯(lián)系。本文介紹了幾種天線(xiàn)激勵(lì)源模型的建模方式,同時(shí)以等效原理算法為基礎(chǔ),推導(dǎo)了適合于計(jì)算天線(xiàn)輻射問(wèn)題的等效算子。本文利用等效原理算法設(shè)計(jì)了兩種天線(xiàn),通過(guò)與加工實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了建模方式和求解方法的正確性以及利用等效原理算法設(shè)計(jì)天線(xiàn)的可行性。3.等效原理算法與物理光學(xué)法相結(jié)合求解電大載體上天線(xiàn)輻射問(wèn)題多尺度和大未知量特性是現(xiàn)有數(shù)值算法在求解電大載體上天線(xiàn)輻射問(wèn)題時(shí)遇到的難點(diǎn)。多尺度特性會(huì)使得阻抗矩陣的性態(tài)變差并導(dǎo)致求解矩陣方程時(shí)迭代算法收斂變慢;大未知量會(huì)帶來(lái)算法計(jì)算成本高計(jì)算效率低的問(wèn)題。因此,本文提出了將等效原理算法和物理光學(xué)法(PO)相結(jié)合的EPA-PO,用等效原理算法求解天線(xiàn)附近電磁流,物理光學(xué)法求解載體上電流,進(jìn)一步提高了等效原理算法在求解電大載體上天線(xiàn)問(wèn)題的計(jì)算效率,同時(shí)也保證了精度。除此之外,由于實(shí)際工程應(yīng)用中載體和天線(xiàn)是一個(gè)整體,為了避免等效面的引入切斷二者連接導(dǎo)致電流不連續(xù),本文引入連接域并提出了適用于EPA-PO的保持電流連續(xù)性方法。由于連接域的存在使得EPA-PO的矩陣性態(tài)惡化,因此本文還提出了一種解決這個(gè)問(wèn)題的預(yù)條件技術(shù)。4.大型周期陣列天線(xiàn)的高效近似求解方法對(duì)于大型周期陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì),由于其計(jì)算量巨大,使用一般全波方法計(jì)算耗時(shí)且會(huì)占用很多內(nèi)存。如果天線(xiàn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,較差的收斂性亦會(huì)導(dǎo)致計(jì)算效率的進(jìn)一步降低�，F(xiàn)有的方法多數(shù)是利用其周期性,常見(jiàn)的積分方程法是利用周期格林函數(shù)與矩量法結(jié)合的周期矩量法(PMM)。由于周期格林函數(shù)是一個(gè)求和序列,求解較慢,特別是二維的周期格林函數(shù),因此PMM最耗時(shí)的便是求解每個(gè)積分點(diǎn)上的周期格林函數(shù)序列。如果能夠減少未知數(shù)個(gè)數(shù),那么求解周期格林函數(shù)序列的次數(shù)就會(huì)減少,進(jìn)而節(jié)約計(jì)算時(shí)間。基于這個(gè)思想,本文提出周期等效原理算法(PEPA),將可以減少未知數(shù)的等效原理算法與周期格林函數(shù)結(jié)合,提高問(wèn)題的計(jì)算效率。這種方法還可以有效地研究多種具有相同陣列環(huán)境但天線(xiàn)單元不同的陣列。同時(shí),本文還利用了相互接觸等效面兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生等幅反相的電磁流這個(gè)特性,實(shí)現(xiàn)了PEPA計(jì)算效率的進(jìn)一步提高。5.基于高低頻混合方法的有限周期陣列天線(xiàn)高效計(jì)算采用PEPA求解問(wèn)題時(shí)會(huì)假設(shè)陣列中每個(gè)單元上電流一致,這忽略了陣列邊緣效應(yīng)。為了避免由此帶來(lái)的誤差,本文從兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。一方面提出利用基于等效原理算法的子陣有源方向圖提取方法,從子陣的計(jì)算結(jié)果推算出整個(gè)陣列的結(jié)果;另一方面提出一種基于區(qū)域分解算法的混合方法,即陣列中心區(qū)域使用PEPA計(jì)算,邊緣區(qū)域使用EPA計(jì)算。相較于PEPA,雖然這兩種方法在計(jì)算效率方面有所犧牲,但是都有效的提高了計(jì)算精度,具有較強(qiáng)工程應(yīng)用意義。此外,本文就滿(mǎn)足載體上陣列天線(xiàn)輻射問(wèn)題求解的需求,提出把EPA、PEPA和PO結(jié)合,使得基于高低頻混合方法的區(qū)域分解算法的工程應(yīng)用性得到增強(qiáng)。本文系統(tǒng)的研究了適用于多種工程應(yīng)用場(chǎng)景下的基于等效原理算法的高低頻混合方法,降低了計(jì)算成本,提高了計(jì)算效率,從而為積分方程求解電大載體上天線(xiàn)問(wèn)題提供了一種嶄新思路。
【關(guān)鍵詞】：區(qū)域分解算法 高頻方法 電大載體 等效原理算法 周期格林函數(shù) 多尺度 電磁輻射
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 研究工作的背景與意義13-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 數(shù)值方法以及區(qū)域分解算法研究16-19
• 1.2.2 高低頻混合方法研究19-20
• 1.2.3 周期陣列求解的研究20
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新20-22
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排22-24
• 第二章 等效原理算法相關(guān)理論基礎(chǔ)24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 等效原理24-26
• 2.3 等效原理算法26-36
• 2.3.1 基于表面積分方程的等效原理算法26-34
• 2.3.2 基于體面積分方程的等效原理算法34-36
• 2.4 仿真算例與分析36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 等效原理算法在輻射問(wèn)題中的應(yīng)用38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 天線(xiàn)輻射問(wèn)題的激勵(lì)源建模38-41
• 3.2.1 δ 電壓源的激勵(lì)源建模39-40
• 3.2.2 微帶天線(xiàn)激勵(lì)源模型40-41
• 3.3 等效原理算法的天線(xiàn)阻抗計(jì)算41-43
• 3.3.1 等效原理算法中天線(xiàn)激勵(lì)的等效算子41-42
• 3.3.2 阻抗計(jì)算42-43
• 3.4 基于等效原理算法天線(xiàn)分析43-50
• 3.4.1 微帶天線(xiàn)44-45
• 3.4.2 發(fā)射/接收天線(xiàn)45-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 電大載體上天線(xiàn)輻射問(wèn)題求解51-81
• 4.1 引言51-52
• 4.2 等效原理算法求解載體上電流52-54
• 4.3 等效原理算法混合物理光學(xué)法分析電大載體上天線(xiàn)問(wèn)題54-59
• 4.3.1 物理光學(xué)法55-56
• 4.3.2 等效原理算法混合物理光學(xué)法推導(dǎo)56-58
• 4.3.3 高頻區(qū)域多次反射問(wèn)題58-59
• 4.4 等效原理算法中連接域處理方法59-62
• 4.5 EPA-PO連接域處理方法62-65
• 4.5.1 連接域公式推導(dǎo)63-64
• 4.5.2 預(yù)條件處理64-65
• 4.6 仿真算例與分析65-80
• 4.7 本章小結(jié)80-81
• 第五章 大型周期陣列天線(xiàn)的高效近似求解方法81-101
• 5.1 引言81-82
• 5.2 周期格林函數(shù)及應(yīng)用82-84
• 5.2.1 周期格林函數(shù)82-84
• 5.2.2 周期矩量法84
• 5.3 周期等效原理算法84-87
• 5.4 周期等效原理算法加速方法87-90
• 5.4.1 加速方法的基本原理87-88
• 5.4.2 加速方法的推導(dǎo)88-90
• 5.5 仿真算例與分析90-99
• 5.6 本章小結(jié)99-101
• 第六章 有限周期陣列天線(xiàn)的高效計(jì)算方法101-119
• 6.1 引言101-102
• 6.2 有限周期陣列的求解方法102-108
• 6.2.1 基于等效原理算法的子陣技術(shù)求解周期陣列天線(xiàn)102-105
• 6.2.1.1 有源方向圖法102-103
• 6.2.1.2 基于子陣技術(shù)的AEP平面周期陣列求解103-105
• 6.2.1.3 基于EPA的子陣有源方向圖提取法(EPA-AEP)105
• 6.2.2 基于EPA和PEPA求解周期陣列天線(xiàn)105-108
• 6.2.2.1 等效模型及基本原理分析106
• 6.2.2.2 周期等效原理算法混合等效原理算法106-108
• 6.3 有限周期陣列的高低頻混合算法108-109
• 6.4 仿真算例與分析109-117
• 6.5 本章小結(jié)117-119
• 第七章 全文總結(jié)與展望119-121
• 7.1 全文總結(jié)119-120
• 7.2 后續(xù)工作展望120-121
• 致謝121-123
• 參考文獻(xiàn)123-135
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果135-138

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1 侯維娜;杜惠平;;用惠更斯面等效原理證明零場(chǎng)定理(英文)[J];重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年05期

2 褚慶聽(tīng)，梁昌洪;等效原理的數(shù)學(xué)表述[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1995年01期

3 甘為軍;更普遍的慣性力理論和等效原理[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1990年06期

4 郭立新;王運(yùn)華;吳振森;;等效原理和互易性定理在兩個(gè)相鄰球形目標(biāo)電磁散射中的應(yīng)用[J];物理學(xué)報(bào);2006年11期

5 ;[J];;年期

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1 郝建宇;;關(guān)于等效原理不成立的證明[A];數(shù)學(xué)·力學(xué)·物理學(xué)·高新技術(shù)研究進(jìn)展——2002（9）卷——中國(guó)數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究會(huì)第9屆學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2002年

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2 邵漢儒;等效原理算法在三維電磁問(wèn)題中的分析及其應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2014年

3 張凱之;基于高低頻混合方法的區(qū)域分解算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

4 高芬;基于光學(xué)傳感的空間等效原理檢驗(yàn)可行性分析[D];華中科技大學(xué);2011年

5 張?bào)?基于等效原理的PEEC建模研究[D];清華大學(xué);2009年

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1 許娜;基于等效原理的區(qū)域分解時(shí)間步進(jìn)時(shí)域積分方程方法[D];南京理工大學(xué);2015年

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3 王飛;基于等效原理的區(qū)域分解算法在時(shí)域積分方程中的應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2014年

4 謝姣;時(shí)域有限差分方法亞網(wǎng)格技術(shù)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于高低頻混合方法的區(qū)域分解算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：432606