基于电场积分方程的低频失效问题研究

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由于工程应用所需,对复杂精细结构体的全波段电磁特性的分析越来越迫切。这无疑是对所有电磁计算方法的严峻考验。电场积分方程(EFIE)法是分析全波特性最常用的方法之一。电场积分方程法已广泛应用于求解电磁场问题,然而应用基于RWG基函数的矩量法(MOM)求解电场积分方程时,当处理低频问题或复杂精细结构体时就会出现数值不稳定,原因是精细结构体在剖分时其部分或全部网格元素为电小尺寸,这时矢量位远小于标量位,由于计算机精度有限,矢量位信息被掩盖导致矩阵病态,致使求解失效,这就是著名的低频失效问题。本文首先详细地分析了电场积分方程低频失效的原因,并介绍了处理低频失效最常用的Loop-tree基函数分解法或Loop-star基函数分解法。但Loop-tree基函数的寻找是很繁琐的,特别是处理复杂的几何结构体时,需要很长的循环。不仅如此,当分析高频问题,此方法就失效了。本文提出一种基于三角片元与RWG基函数关系的连接矩阵,并将电荷和电流作为未知量,通过电流连续性定理对传统EFIE进行改进,构建出增量电场积分方程(A-EFIE)。该方法中矢量位与标量位被分离为单独的矩阵元素,避免了低频时传统EFIE中矢量位与标量位的不平衡,有效地解决了传统EFIE低频失效的问题。此外,增量电场积分方程还可以有效的处理高频问题,可作为一种有效的全波分析手段。计算实例验证了增量电场积分方程法的有效性。
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