随着信息技术的不断发展和5G移动通信的不断普及,电磁波的应用频段不断向高频拓展。此时,对目标及环境的电磁分析往往都是电大尺寸的。传统的数值方法在解决此类问题时能够得到精确的计算结果,但往往是以牺牲计算效率以及消耗计算机资源为代价的。高频算法具有计算效率高,资源占有量小等优点,常被用来快速分析电大目标的电磁辐射与散射特性以及电波传播问题。本文基于高频算法的基本原理与适用范围,分别对电大目标的辐射散射特性分析与电波传播两个方面展开研究。本文首先介绍了复点源波束(CSB)的基本概念,并将CSB应用到高频算法中用于快速分析目标的辐射散射特性。CSB作为麦克斯韦方程组精确解的复域拓展,通过对远场方向图进行匹配,可以将馈源展开成一系列CSB的叠加,而CSB在其传播方向的近轴区域具有高斯分布的形态决定了展开的CSB个数不会很多。基于上述特性,将CSB理论与物理光学方法(PO)结合,首先详细地讨论了单个CSB照射下光滑二次曲面物理光学电流积分的计算,通过鞍点法的使用,该物理光学震荡积分可以得到解析的结果。随后,将CSB展开与物理光学方法相结合,提出了一种快速分析反射面天线辐射特性的方法。接着,将频域CSB拓展到时域,对频域CSB进行解析时间变换得到复点源脉冲波束(CSPB),继而研究了复点源脉冲波束照射下脉冲辐射天线的脉冲响应的快速分析。对脉冲辐射天线上的时域物理光学积分求解可以降二维为一维,且积分的结果与天线的电尺寸无关。针对一些不能用光滑二次曲面建模的复杂模型,本文开展了基于平面三角形面元剖分的复杂模型的CSB-PO算法的研究。剖分的平面三角形结构简单,能够描述任意复杂的模型。对平面三角形剖分下的复杂模型进行物理光学方法分析时,本文提出了一种基于CSB照射下物理光学亮暗区判断的Z-buffer算法。对Z-buffer算法判断得到的物理光学亮区上的震荡积分求解,给出了一种降维求解的方法,大大提高了分析物理光学场的计算效率。接着,针对平面三角形剖分面元数量巨大的缺点,提出了采取高阶三角形取代平面三角形的方法。高阶三角形具有较少的剖分面元数量与较为简单的数学表达式,将高阶三角形剖分准则结合分层积分方法对CSB照射下物理光学场进行计算,可以得到稳定、精确、与目标电尺寸无关的计算结果,大大提高了计算效率。针对上述两种剖分方法,分别给出了CSB照射下复杂目标的物理光学场的分析结果。在电波传播方面,本文首先介绍了基于射线的射线追踪算法用于对电波传播环境的分析与预测。该方法首先对发射天线的波前进行均匀剖分,然后对剖分后的每条射线进行追踪,最后在接收天线端采用接收球的方式收集到达射线。由于接收球的设置准则与波前相邻射线之间夹角的微弱差异,仍会有部分射线被误接收,基于此,提出了一种解决传统接收球双计数误差的准则,且针对正向算法实现过程中预测传播路径带来的不确定误差,提出了镜像法修正的射线追踪算法加以改进。接着,落实到真实的信道环境下,对波前射线赋予天线的方向性信息,可以实现无线传输过程中天线方向图控制对射线场强分布结果的改变。最后,引入了一种探究5G毫米波频段无线信道特性的测试方案,对测试场景进行信道数据的采集,并将信道采集的结果与本文射线追踪方案进行验证对比。相比于统计信道模型,以射线追踪算法为代表的确定性模型更能真实地反映出当前无线信道的传播特性,这为无线通信系统的布局与设定提供了更坚实的保障。本文的最后拓展了复点源波束的应用范围,将复点源波束理论与以射线理论为基础的几何光学理论联系起来。一方面,通过使用复相位匹配技术,对入射复点源波束下的反射后的电场进行求解,提供了另一种分析电大反射面辐射散射特性的计算方法。另一方面,针对传统的射线追踪算法用于分析复杂电磁环境需要划分大量波前射线的问题,本文提出了一种改进的射线追踪方案,由于CSB具有高斯分布的特性,当采用CSB代替传统的射线,展开馈源得到的CSB要比传统的波前射线少很多,这会在追踪过程中带来效率的很大提升。