金屬-介質(zhì)混合目標(biāo)電磁散射計(jì)算方法的研究.pdf

1、如何采用數(shù)值方法精確高效地分析三維復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射特性一直是計(jì)算電磁學(xué)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)工作。實(shí)際應(yīng)用中的大部分三維復(fù)雜目標(biāo)不是單純的由金屬或者介質(zhì)組成，通常是由金屬和介質(zhì)材料復(fù)合而成，因此本文研究了金屬介質(zhì)混合目標(biāo)的電磁散射特性的計(jì)算方法。本文以金屬介質(zhì)混合目標(biāo)為分析對(duì)象，著重研究了體面積分方程分析金屬介質(zhì)混合目標(biāo)電磁散射特性的快速求解方法、金屬混合復(fù)雜媒質(zhì)目標(biāo)電磁散射特性的求解方法、金屬薄涂敷電磁散射特性的求解方法以及基于高階Nyst

2、r(o)m方法的體面積分方程方法等四個(gè)方面。
　　本文第一部分研究了體面積分方程方法分析金屬介質(zhì)混合目標(biāo)的電磁散射問題。首先，詳細(xì)研究了體面積分方程的建立過程、用于離散積分方程的基函數(shù)及不同媒質(zhì)交界面上的基函數(shù)的處理方式。其次，將快速多極子技術(shù)應(yīng)用于求解體面積分方程方法中，有效的縮短計(jì)算時(shí)間并減少了計(jì)算內(nèi)存。最后，根據(jù)體面積分方程阻抗矩陣的特點(diǎn)，提出了一種塊矩陣預(yù)條件技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的預(yù)條件技術(shù)，本文中提出的塊矩陣預(yù)條件技術(shù)能夠有

3、效的減少迭代步數(shù)，并且預(yù)條件的構(gòu)造時(shí)間和內(nèi)存也較少。
　　本文第二部分研究了體面積分方程方法分析金屬混合復(fù)雜媒質(zhì)目標(biāo)的電磁散射問題。首先，詳細(xì)研究了用于分析金屬與兩種常見復(fù)雜媒質(zhì)混合目標(biāo)的體面積分方程，這些復(fù)雜媒質(zhì)包括:磁介質(zhì)媒質(zhì)以及手征媒質(zhì)，給出了不同媒質(zhì)情況下的體面積分方程阻抗矩陣的詳細(xì)表達(dá)形式。其次，研究了金屬目標(biāo)在太赫茲及遠(yuǎn)紅外波段下的電磁散射特性。根據(jù)金屬目標(biāo)在太赫茲及遠(yuǎn)紅外波段下的等效介電參數(shù)模型可知，金屬目標(biāo)在太赫茲

4、及遠(yuǎn)紅外波段下不能再簡(jiǎn)單的當(dāng)作理想導(dǎo)電體處理，本文首次采用了基于阻抗邊界條件的面積分方程分析了不同金屬在太赫茲及遠(yuǎn)紅外波段下的散射特性。由于太赫茲及遠(yuǎn)紅外頻段范圍內(nèi)的波長(zhǎng)很小，可以與金屬表面粗糙度相比擬，因此本文中也研究了金屬表面的粗糙度對(duì)目標(biāo)電磁散射特性的影響。
　　本文第三部分研究了金屬薄涂敷目標(biāo)的電磁散射特性分析方法。首先，根據(jù)單層涂敷存在金屬襯底并且涂層厚度薄的特點(diǎn)，忽略了介質(zhì)涂層內(nèi)體電流的切向分量和體磁流的法向分量，建立

5、了金屬表面電流與涂層內(nèi)體電流、體磁流之間的關(guān)系，達(dá)到了節(jié)省未知量的目的。類似于單層涂敷情況，本文提出了在不增加未知量前提下的多層涂敷目標(biāo)的數(shù)值計(jì)算模型，用于分析金屬涂敷結(jié)構(gòu)的電磁散射問題，并定量的分析了本文方法的誤差與涂層厚度的關(guān)系。其次，本文首次將該數(shù)值計(jì)算模型用于分析涂層為手征媒質(zhì)的涂敷目標(biāo)的電磁散射問題。最后，將該計(jì)算模型用于分析旋轉(zhuǎn)對(duì)稱涂敷目標(biāo)的電磁散射問題，結(jié)合目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性將三維問題降成二維求解，達(dá)到節(jié)省求解時(shí)間和內(nèi)存的

6、目的。
　　本文第四部分研究了基于高階Nystr(o)m方法的體面積分方程方法用于分析金屬介質(zhì)混合目標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于RWG和SWG基函數(shù)的低階方法，本文中研究的高階Nystr(o)m方法不僅具有高階的誤差收斂精度并且降低了對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的要求。本文中提出了基于高階曲四面體建模的體Nystr(o)m方法用于分析非均勻媒質(zhì)問題，并且將Nystr(o)m方法求解體面積分方程，計(jì)算金屬介質(zhì)混合目標(biāo)的電磁散射特性。著重研究了插值基函數(shù)的構(gòu)造