金属/介质混合目标电磁散射计算方法的研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:nimadebiri
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如何采用数值方法精确高效地分析三维复杂目标的电磁散射特性一直是计算电磁学研究领域的重点工作。实际应用中的大部分三维复杂目标不是单纯的由金属或者介质组成,通常是由金属和介质材料复合而成,因此本文研究了金属介质混合目标的电磁散射特性的计算方法。本文以金属介质混合目标为分析对象,着重研究了体面积分方程分析金属介质混合目标电磁散射特性的快速求解方法、金属混合复杂媒质目标电磁散射特性的求解方法、金属薄涂敷电磁散射特性的求解方法以及基于高阶Nystrom方法的体面积分方程方法等四个方面。本文第一部分研究了体面积分方程方法分析金属介质混合目标的电磁散射问题。首先,详细研究了体面积分方程的建立过程、用于离散积分方程的基函数及不同媒质交界面上的基函数的处理方式。其次,将快速多极子技术应用于求解体面积分方程方法中,有效的缩短计算时间并减少了计算内存。最后,根据体面积分方程阻抗矩阵的特点,提出了一种块矩阵预条件技术。相对于传统的预条件技术,本文中提出的块矩阵预条件技术能够有效的减少迭代步数,并且预条件的构造时间和内存也较少。本文第二部分研究了体面积分方程方法分析金属混合复杂媒质目标的电磁散射问题。首先,详细研究了用于分析金属与两种常见复杂媒质混合目标的体面积分方程,这些复杂媒质包括:磁介质媒质以及手征媒质,给出了不同媒质情况下的体面积分方程阻抗矩阵的详细表达形式。其次,研究了金属目标在太赫兹及远红外波段下的电磁散射特性。根据金属目标在太赫兹及远红外波段下的等效介电参数模型可知,金属目标在太赫兹及远红外波段下不能再简单的当作理想导电体处理,本文首次采用了基于阻抗边界条件的面积分方程分析了不同金属在太赫兹及远红外波段下的散射特性。由于太赫兹及远红外频段范围内的波长很小,可以与金属表面粗糙度相比拟,因此本文中也研究了金属表面的粗糙度对目标电磁散射特性的影响。本文第三部分研究了金属薄涂敷目标的电磁散射特性分析方法。首先,根据单层涂敷存在金属衬底并且涂层厚度薄的特点,忽略了介质涂层内体电流的切向分量和体磁流的法向分量,建立了金属表面电流与涂层内体电流、体磁流之间的关系,达到了节省未知量的目的。类似于单层涂敷情况,本文提出了在不增加未知量前提下的多层涂敷目标的数值计算模型,用于分析金属涂敷结构的电磁散射问题,并定量的分析了本文方法的误差与涂层厚度的关系。其次,本文首次将该数值计算模型用于分析涂层为手征媒质的涂敷目标的电磁散射问题。最后,将该计算模型用于分析旋转对称涂敷目标的电磁散射问题,结合目标的旋转对称特性将三维问题降成二维求解,达到节省求解时间和内存的目的。本文第四部分研究了基于高阶Nystrom方法的体面积分方程方法用于分析金属介质混合目标。相对于传统的基于RWG和SWG基函数的低阶方法,本文中研究的高阶Nystrom方法不仅具有高阶的误差收敛精度并且降低了对网格质量的要求。本文中提出了基于高阶曲四面体建模的体Nystrom方法用于分析非均匀媒质问题,并且将Nystrom方法求解体面积分方程,计算金属介质混合目标的电磁散射特性。着重研究了插值基函数的构造过程及构造过程中多项式空间的选择,详细给出了阻抗矩阵元素计算过程以及其中包含奇异性项的处理方式。
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