周期与准周期金属结构电磁问题的快速分析方法

论文摘要

周期结构与大型准周期结构由于具备单个阵元不具备的优越电性能,在微波毫米波天线、超表面等领域有着广泛应用。大型准周期结构的全波仿真计算成本过高,因此在某些应用背景下,研究如何提高求解效率对指导准周期结构设计有着十分重要的意义。本文主要研究周期与准周期金属结构的快速分析方法,前者适用于周期单元的高效优化设计,后者适用于对大型准周期结构的快速求解分析。第一部分提出周期格林函数的多层快速多极子方法（MLP-FMA）来分析金属周期结构。从周期格林函数的物理意义角度出发,推导了周期格林函数的加法定理展开形式,以及远场项中聚合、转移和配置的实现过程;随后,针对组尺寸过小出现的低频崩溃问题,在低频端引入近似对角化方法,实现了简单有效的周期格林函数的低频快速多极子算法。第二部分主要是利用特征模方法准确快速地分析大型准周期结构。利用特征模式（CM）组成的全域基函数对矩量法形成的阻抗矩阵降维,大大缩减了未知量数目;利用阵元重复性和快速多极子方法,辅以计算机并行技术,计算效率大大提升。之后,提出特征模和区域分解（DDM）结合的方法,解决边界连续问题,同时无需网格共形限制,使特征模方法适用于多尺度准周期结构的快速分析,保证了计算的稳定性和计算效率。论文通过算例验证了周期格林函数的快速多极子方法和特征模方法在金属周期与准周期结构快速分析中的正确性和有效性。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究历史与发展现状

1.3 论文内容的结构安排

2 积分方程矩量法和快速算法

2.1 引言

2.2 自由空间电场积分方程及快速多极子加速方法

2.2.1 理想导体电场积分方程及矩阵离散

2.2.2 多层快速多极子加速算法

2.3 周期电场积分方程

2.3.1 周期电场积分方程的建立

2.3.2 基于Ewald变换的加速计算方法

2.4 本章小结

3 周期结构的高效分析方法

3.1 引言

3.2 周期格林函数展开方法

3.2.1 周期格林函数的加法定理展开

3.2.2 基于Ewald变换的加速计算方法

3.2.3 数值算例分析

3.3 周期格林函数的多层快速多极子计算方法

3.3.1 周期格林函数的多层快速多极子数学描述

3.3.2 近远场分组及算法实现流程

3.3.3 仿真算例与分析

3.4 周期格林函数的低频快速多极子计算方法

3.4.1 低频崩溃原因及解决办法

3.4.2 周期格林函数的低频快速多极子理论及算法实现

3.4.3 仿真算例与分析

3.5 本章小结

4 准周期结构的高效分析方法

4.1 引言

4.2 特征模方法的基本理论

4.2.1 特征模式的求解

4.2.2 特征模在准周期结构快速分析中的应用

4.3 准周期结构的特征模方法并行计算

4.3.1 快速多极子在特征模方法中的应用

4.3.2 特征模方法的并行计算

4.3.3 仿真算例与分析

4.4 准周期结构的特征模-区域分解方法

4.4.1 重叠型区域分解在特征模方法中的应用

4.4.2 非重叠型区域分解在特征模方法中的应用

4.4.3 仿真算例与分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文内容的总结

5.2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵琳

导师: 丁大志,陈如山

关键词: 周期与准周期结构,周期快速多极子,特征模,区域分解,多尺度

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京理工大学

分类号: O441

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000449

总页数: 71

文件大小: 6817K

下载量: 23

周期与准周期金属结构电磁问题的快速分析方法

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢