基于有限元法的混合技术及其在复杂电大腔体电磁分析中的应用

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 21次 | 上传用户:jiu_yue9
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该文以EB-FEM为基础,以电大尺寸复杂腔体的电磁特性为分析对象,对EB-FEM与迭代物理光学法(IPO)、区域分解法(DDM)、阻抗边界条件(IBC)、完全匹配层(PML)和Mur吸收边界条件的结合算法以及具有非完纯导体边界的IPO理论模型进行了研究.文中还讨论了一些内存紧缩技术及EB-FEM方程组的快速求解方法.论文主要包括以下内容:将迭代物理光学法(IPO)的子域连接法与EB-FEM相结合,提出了一种新的混合方法—IPO/FEM法.建立了IPO/FEM混合法数学模型,并将其应用于分析电大尺寸复杂结构腔体的电磁散射特性.讨论了有限元方程组系数矩阵的压缩存储技术和其它一些内存紧缩方法,节省了大量的内存消耗.有限元方程组采用双共轭梯度法进行求解,通过对称超松弛迭代对方程组系数矩阵的性态进行改善,提高了双共轭梯度法的求解速度和迭代算法的稳定性.将迭代物理光学(IPO)法推广到非完纯导体边界目标的电磁散射特性分析中,建立了具有阻抗边界的IPO理论模型,并应用这种推广的IPO方法分析几何结构简单的电大尺寸介质涂敷腔体的电磁散射特性.在此基础上,将改进的IPO与FEM相结合对工程实际中所常见的具有复杂几何结构终端的电大尺寸介质涂敷腔体的电磁散射特性进行分析.由于介质涂敷区域可以直接应用IPO进行处理,避免了采用EB-FEM进行研究,节省了大量的计算时间和内存消耗.讨论了介质涂敷表面的格林函数求解方法,将其应用于推广的IPO方法中可以进一步提高该方法的计算精度.研究了区域分解法(DDM)与EB-FEM、边界积分方程(BIE)法相结合的混合算法-DDM/FEM-BIE方法.讨论了重叠DDM、非重叠DDM和超松弛DDM的迭代过程及其在EB-FEM中的应用.采用这种混合方法对电大尺寸三维开口腔体的电磁散射特性进行了分析,从而为应用低频方法分析电大尺寸目标提供了一条新的途径.在此基础上,将DDM与EB-FEM、物理光学法、物理绕射理论相结合,分析了带有深腔的电大尺寸三维导体目标的电磁散射特性.将完全匹配层(PML)应用到EB-FEM中对波导介质不连续性问题进行处理.讨论了波导中介质块的多少以及介电常数特性与S参数的关系,研究了PML的不同构造对S参数求解精度的影响,得出了一些对工程设计具有参考价值的结论.将Leontovich IBC与EB-FEM相结合对内壁涂覆多层介质的电小尺寸开口腔体的电磁散射特性进行分析,计入了介质内部电磁波的多次反射,提高了IBC/FEM方法的精度.
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