金屬-介質混合目標電磁散射計算方法的研究.pdf

1、如何采用數(shù)值方法精確高效地分析三維復雜目標的電磁散射特性一直是計算電磁學研究領域的重點工作。實際應用中的大部分三維復雜目標不是單純的由金屬或者介質組成，通常是由金屬和介質材料復合而成，因此本文研究了金屬介質混合目標的電磁散射特性的計算方法。本文以金屬介質混合目標為分析對象，著重研究了體面積分方程分析金屬介質混合目標電磁散射特性的快速求解方法、金屬混合復雜媒質目標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混合目標的電磁散射問題。首先，詳細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)及不同媒質交界面上的基函數(shù)的處理方式。其次，將快速多極子技術應用于求解體面積分方程方法中，有效的縮短計算時間并減少了計算內(nèi)存。最后，根據(jù)體面積分方程阻抗矩陣的特點，提出了一種塊矩陣預條件技術。相對于傳統(tǒng)的預條件技術，本文中提出的塊矩陣預條件技術能夠有

3、效的減少迭代步數(shù)，并且預條件的構造時間和內(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雜媒質目標的電磁散射問題。首先，詳細研究了用于分析金屬與兩種常見復雜媒質混合目標的體面積分方程，這些復雜媒質包括:磁介質媒質以及手征媒質，給出了不同媒質情況下的體面積分方程阻抗矩陣的詳細表達形式。其次，研究了金屬目標在太赫茲及遠紅外波段下的電磁散射特性。根據(jù)金屬目標在太赫茲及遠紅外波段下的等效介電參數(shù)模型可知，金屬目標在太赫茲

4、及遠紅外波段下不能再簡單的當作理想導電體處理，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紅外波段下的散射特性。由于太赫茲及遠紅外頻段范圍內(nèi)的波長很小，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目標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，忽略了介質涂層內(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、體磁流之間的關系，達到了節(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的數(shù)值計算模型，用于分析金屬涂敷結構的電磁散射問題，并定量的分析了本文方法的誤差與涂層厚度的關系。其次，本文首次將該數(shù)值計算模型用于分析涂層為手征媒質的涂敷目標的電磁散射問題。最后，將該計算模型用于分析旋轉對稱涂敷目標的電磁散射問題，結合目標的旋轉對稱特性將三維問題降成二維求解，達到節(jié)省求解時間和內(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混合目標。相對于傳統(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網(wǎng)格質量的要求。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問題，并且將Nystr(o)m方法求解體面積分方程，計算金屬介質混合目標的電磁散射特性。著重研究了插值基函數(shù)的構造