李晋文[1]2003年在《基于MPIE的分层微带结构电磁特性分析》文中研究表明分层微带结构已得到了非常广泛的应用，在无线移动通信和相控阵雷达中应用的微带天线和单片微波集成电路MMIC正在成为一个研究和开发的热点课题。目前微带结构的电磁数值模型比较复杂，计算量较大，且模拟的结果往往与实际测试结果相差比较大，必须经过几轮反复的调试和试验，设计才能最终定型。因此，分层微带结构电磁特性的精确快速分析具有非常重要的意义。 本文紧密围绕应用混合双位积分方程(MPIE)分析微带结构这一基本方法进行研究。用谱域导抗法完整地推导了一套分层介质结构中任意形状导体的谱域格林函数；对用计算空域格林函数的离散复镜像方法作了比较全面的研究，对其实现中是否需要抽取表面波等问题给予了澄清，提出了在简单微带结构下的固定实镜像法；提出了一种基于加窗汗克尔变换的计算空域格林函数的数值积分算法，通用性比较好，精度易于控制，较直接数值积分计算效率大大提高；全面讨论了用矩量法求解分析平面分层介质中印刷结构的混合双位积分方程的各个方面问题，重点讨论电流基函数，特别是高阶叁角基函数的奇异数值处理方法；将渐近波形估计(AWE)技术应用于分层微带结构宽带响应的快速计算，避免了逐频点计算；将快速多极方法FMM结合离散复镜像技术(DCIM)扩展用于分析分层微带结构，加速用迭代法求解矩量方程中的矩阵—矢量积运算，减少内存需求。数值算例结果表明，本文的方法是准确可行的。
赵宏宇[2]2010年在《分层结构的谱域法及其在微带天线分析中的应用》文中研究指明平面分层结构在地质探测、遥感、微带天线、微带电路等电磁领域中得到越来越多的应用,如何利用数值方法准确快速的分析分层介质的电磁特性已成为近来研究和开发的重点课题之一。本文采用谱域法分析微带分层媒质结构,建立了奇异性低的混合位电场积分方程(MPIE),并进行了基于RWG基函数的空域矩量法求解。该方法灵活性好、性能优良。本文首先用谱域导抗法完整地推导了一套任意分层介质的谱域格林函数;接着采用离散复镜像法(DCIM)对单层媒质的空域格林函数进行了快速求解;并对离散复镜像的关键技术——极点查找和GPOF方法进行了深入分析,在提取表面波时,提出一种新的留数计算方法,避免了留数计算的不准确性。本文阐述了谱域法结合空域矩量法分析微带天线的完整过程,在采用性能优良的RWG基函数后,应用精度较高、易于编程的质心切割法处理阻抗矩阵奇异性。最后编写了快速分析微带天线散射特性和辐射特性的程序,仿真结果与已有文献结果吻合良好,验证了本文方法的准确性。
杜天波[3]2006年在《双频微带阵列天线的设计技术研究》文中研究说明多频段和宽频带技术是微带天线研究的一个重要方向,采用多频微带阵列实现飞行器天线的孔径复用功能可以减少飞行器天线的数目,对提高飞行器的隐身性能、机动性能等都具有非常重要的现实意义。 论文围绕双频微带阵列天线的设计和电磁特性分析开展研究工作,主要的研究工作包括:(1) 利用谱域导抗法推导出一套完整的多层平面介质结构谱域格林函数的具体表达式;(2) 深入讨论了谱域格林函数的极点和支点特性,研究了提取任意多层介质结构表面波项的极点定位法和计算空域格林函数的二级离散复镜像方法,通过与数值积分对比验证方法的求解精度和计算效率;(3) 研究了用于分析平面多层微带结构电磁特性的混合位积分方程法,讨论了电流基函数(屋顶函数)的特征。研究用于求解大型阵列天线电磁特性的共轭梯度和快速傅立叶变换相结合的混合技术,通过与HFSS仿真结果的对比验证方法的精度;(4) 研究微带双频阵列天线、馈电网络和阻抗匹配等的设计问题,设计一个工作在L波段和C波段的双频微带阵列天线,并进行实物制作加工和测试。利用HFSS仿真软件对设计的双频微带阵列天线电磁特性进行分析,验证天线是否满足设计指标。
庄伟[4]2009年在《平面分层介质结构的快速电磁算法研究》文中进行了进一步梳理随着计算电磁学的快速发展,平面分层介质模型已成为模拟复杂电磁环境的一种有效手段。本文深入研究了基于平面分层介质模型的微波集成电路及微带阵列天线的快速电磁仿真。本文首先应用传输线格林函数独立推导了适合于分层介质中导体目标电磁辐射与散射计算的混合位积分方程(MPIE)的C类谱域格林函数,并系统研究了离散复镜像方法(DCIM)的基本原理。文中明确了等价分母的概念,同时给出了严格的数学证明,通过引入实码基因算法和柯西定理快速提取了极点,从而有效地处理了表面波,实现空域格林函数的快速精确计算。在空域格林函数高效计算的基础上,本文研究了基于混合位积分方程的空域矩量法(MoM),重点研究了基于快速傅里叶变换(FFT)技术的修正算法,包括自适应积分方法(AIM)、预校准快速傅里叶变换方法(Precorrected-FFT)、稀疏矩阵规则网格方法(SMCG),此类方法不仅能够精确拟合复杂边界形状,而且能够利用FFT技术加速矩阵矢量乘运算,从而将MoM的计算复杂度降为O(N log N),内存需求降为O(N),N是未知数个数。本文还研究了适合此类方法的预条件技术,进一步减少了矩阵迭代求解时间。在此基础上,本文研究了并行AIM,并且采用了并行预条件技术加快迭代算法的收敛速度,提高并行效率,从而实现了对复杂结构平面微波集成电路及微带阵列天线的快速电磁仿真。本文还研究了平面分层介质中的一种周期结构—频率选择表面(FSS)。首先研究了谱域MoM分析频率选择表面,并通过谱域导抗法推导出分层介质谱域格林函数。论文分别采用了RWG叁角基函数和屋顶基函数离散表面电流,并针对屋顶基函数引入了FFT加速Floquet模的累加,减少了阻抗矩阵的构造时间。本文还研究了空域MoM分析频率选择表面,并通过Ewald方法结合Shank变换方法加速周期格林函数的双重级数累加,快速求得分层介质周期格林函数。最后论文研究了遗传算法(GA)对频率选择表面的单元形状进行优化设计,通过两阶段适应度函数提高遗传算法的优化能力及收敛速度,并采用嵌套的广义最小余量迭代算法(GMRESR)算法进一步加快矩阵方程的求解速度,计算结果证明了本文方法的正确性和有效性。
曹锐[5]2011年在《平面分层结构格林函数求解及其在微带结构分析中的应用》文中研究说明平面分层结构广泛应用于地质探测、环境监测、微带天线、微带电路等领域,随着计算机技术的发展,如何更加准确快速地分析其电磁特性成为近年来研究的热点课题之一。本文采用谱域法求解任意平面分层结构中适用于具有低奇异特性的C类混合位积分方程(MPIE)的格林函数,并采用基于RWG基函数的空域矩量法(MoM)求解积分方程,分析多层微带结构的散射和微带电路等问题。文章首先基于传输线理论系统完整地推导了任意分层结构中的C类谱域格林函数。接着重点阐述采用二级离散复镜像法(DCIM)求解多层媒质结构空域格林函数的过程,主要详细论述了两个问题:一是精确定位表面波极点。采用牛顿迭代法查找表面波极点,并提出了一种新的包含表面波极点的迭代函数,提高了计算的稳定性,并减小了计算量,通过与已发表文献结果对比,证明该方法切实有效;二是准确计算留数。为避免多层媒质中极点处留数解析求解的复杂性,本文发展了一种便于编程实现的围线积分方法求解留数值,通过妥善处理被积函数的多值性问题,使得积分达到了良好的收敛效果和稳定性。为了进一步验证空域格林函数计算方法的准确性,本文将单层和双层媒质结构计算结果与文献值进行了对比,吻合良好。另外,本文简要介绍了分层媒质中MoM的基本原理,并着重讨论了与自由空间MoM相比,需要特别考虑的两个问题:一是分析散射问题时的右向量计算;二是分层媒质中的远场辐射计算。同时,本文还详细讨论了采用叁种方法提取微带电路散射参数(S参数)的问题,并比较了各自的优缺点。文章最后一部分给出了采用本文方法分析微带结构的若干算例,包括微带结构的散射分析和微带电路参数的提取。计算结果与商业软件吻合良好,证明了本文方法的有效性。
单正楠[6]2013年在《微带阵列天线的谱域法分析》文中认为微带天线的优异特性,促使越来越多的阵列天线选择其作为组阵单元。本文基于平面分层介质模型,运用谱域法对微带阵列天线的电磁特性进行精确分析。文章首先应用成熟的传输线理论完整地推导了平面分层结构中的谱域混合位格林函数,研究了谱域格林函数的奇异性。接着以平面分层结构中存在的波型为切入点,研究离散复镜像法(DCIM)和有理函数逼近法(RFFM)对这些波型的拟合效果,提出一种DCIM和RFFM相结合的空域格林函数求解方法,该方法的计算效率和精度都得到了提高,与基于DCIM的方法相比,无需繁琐的极点查找,与RFFM方法相比,能准确拟合准静态项。为了验证该方法的准确性,将双层介质基板的计算结果与文献结果进行对比,吻合良好。此外,本文简要介绍了矩量法(Mo M)的基本步骤,通过分析平面分层结构中的散射和辐射问题,将Mo M推广到平面分层结构中。同时研究了二维p-FFT,并用于分析典型电磁模型的散射,验证了二维p-FFT算法的准确性和有效性。最后,采用本文方法分析多种微带阵列天线的散射和辐射性能,微带相控阵的扫描特性和互耦提取以及多层介质覆盖对天线性能的影响。计算结果与商业软件FEKO仿真结果对比,吻合良好,证明了本文方法的有效性。
贺秀莲[7]2005年在《微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究》文中研究说明现代无线移动通信技术以及军事电子对抗技术的快速发展,迫切要求民用和军用通信系统所配备的微带天线具有宽频带或者低RCS等特性,使得高性能的宽频带微带天线以及低RCS微带天线的研制成为一项紧迫且具有重大理论意义和工程意义的课题。本文密切结合“十五”国防预研重点项目“机载导航及电子战天线RCS减缩控制技术研究”和“无人机载天线RCS减缩控制技术研究”以及“电大尺寸目标RCS计算”,着重围绕平面多层介质的微带天线的快速计算、电大尺寸目标RCS计算、大型微带阵列天线的快速分析、宽频带微带天线和低RCS微带天线的分析设计以及样机制作等方面展开研究。作者的主要工作和创造性成果可概括为: 1.系统地研究了离散复镜像法(DCIM)快速求解平面分层介质的空间域格林函数的基本原理和操作过程。采用有效的方法处理了表面波对求解空间域格林函数的影响,计算了近区和远区的空间域格林函数。对离散复镜像法中使用的展开函数和积分路径做了分析比较,提出了一种合适的展开函数和积分路径,能够快速精确地计算任意平面分层介质的空间域格林函数。 2.研究了基于混合位积分方程的可以精确分析平面多层微带结构电特性的空间域矩量法。在空间域格林函数的基础上,采用基于平面叁角形矢量基函数的空间域矩量法求解混合位积分方程,快速分析了任意形状的多层微带贴片天线的电特性。首先分析了微带贴片的散射特性;然后结合缝隙电压源模型,计算了微带线馈电的微带天线的特性;最后结合磁流环模型,采用附加模基函数模拟线面结合处的电流分布,计算了同轴线馈电的微带天线的电性能。 3.研究了自适应积分方法(AIM)在计算电大尺寸目标的电特性中的应用。首先研究了自适应积分方法的基本原理和操作过程,并使用该方法快速计算了电大尺寸导体的散射特性,大大减少了传统矩量法需要的存储量和计算时间。然后,将自适应积分算法与基于混合位积分方程的空间域矩量法相结合,使用较少的计算机内存,快速计算了大型微带贴片阵列的散射特性和大型微带阵列天线的辐射特性。 4.研究了宽频带微带天线的设计和制作。使用多层结构,在馈电探针顶端引入圆形金属片来抵消馈电探针的感性,有效地增加了微带天线的工作带宽。使用这种设计思路,用矩量法对天线进行细致的调整,设计制作了两副分别工作在740～960MHz和1.813～2.319GHz的频率范围的宽频带微带天线。
田延峰[8]2006年在《分层介质中目标电磁特性算法与应用研究》文中研究表明平面分层介质中目标的电磁辐射与散射数值分析在雷达目标建模、地球物理探测、遥测遥感、微带天线或电路仿真和信号完整性分析等诸多领域具有广泛的工程应用需求。本文深入研究了求解平面分层介质中叁维目标电磁散射的积分方程方法及其关键技术。首先讨论了分层介质中目标的电磁散射计算的混合势积分方程方法(MPIE),构建了适当的积分方程和矩量法(MoM)相关的基函数来避免计算带来的复杂性。鉴于格林函数在分层介质问题中的重要性,本文利用偶极子辐射源法推导了任意分层介质背景格林函数的谱域表达式。使用这些公式,很容易将均匀空间电磁散射方法扩展到分层介质情况。这些工作为格林函数快速计算方法的实现以及积分方程的矩量法高效求解打下了基础。由于目标的电尺寸在比较大的情况下表面波的贡献对结果影响较大从而导致结果的不正确,本文提出了一种有效的方法来处理极点处的问题,从而提取出表面波,数值结果证明此方法能够快速、准确地得到分层介质的闭式格林函数。最后对分层介质中的目标进行矩量法分析,通过计算表面电流来计算目标的散射场或辐射场,并且使之与商用电磁仿真软件模拟得到的结果相比较判定其正确性。
丁寒[9]2013年在《有耗半空间线天线的MPIE-MOM方法分析》文中指出理想天线分析必须假定天线处在无限大均匀空间内，而实际上总有地面存在，当天线离地面较近，必须考虑地面的影响。本文通过对解决多层媒质中电磁辐射和电磁散射的MPIE的研究，推导了两层媒质情况下场点和源点均在空气层中格林函数的具体解。接着讨论了表达式中索末菲积分的数值求解方法，并提出了一种用于计算有耗平面分层媒质中格林函数的改进二维镜像法。再运用镜像法和索末菲积分，推导出半空间界面附近的垂直和水平电偶极子的磁矢位。最后，用矩量法（采用正弦伽略金法），研究地面上方垂直、水平线天线的辐射特性和辐射场，并利用Matlab软件计算出结果，仿真出垂直辐射方向图和水平辐射方向图，再根据辐射方向图分析随着电导率、介电常数的变化，媒质金属特性、损耗特性的变化情况。本文采用的MPIE-MOM方法在研究近地天线中不仅精确度高，且更具通用性。
陈聪[10]2011年在《分层介质格林函数的快速计算和目标电磁散射特性研究》文中认为诸如地球物理勘测、雷达遥感、波的传播以及微带电路和天线的仿真设计等实际工程应用中,急需深入开展平面分层介质中目标电磁散射与辐射数值分析方法的研究。并矢格林函数(DGF’s)是一个联系矢量场与矢量源的并矢,对于一套给定的源,倘若背景环境的格林函数可求,那么根据迭加原理可以很方便地得到空间的场分布,许多学者推导了各向同性和各向异性介质中的并矢格林函数。本文首先基于传输线网络等效方法详细推导了平面分层的单轴各向异性介质中场型和位型并矢格林函数的表达式,并在此框架下建立了分层介质中任意形状的金属目标和介质目标的混合位积分方程(MPIE)。其次,本文阐明了矩阵束方法(MPM)的两个特点并且引入了一种新的直接离散复镜像方法(E-DCIM)。该方法通过对采样路径进行优化,不仅解决了远场区的精度问题,而且避免了提取表面波项和准静态项的繁琐过程,与传统的DCIM相比,新的采样路径包含更多关于奇点的信息和被积函数变化趋势的信息。快速全模式法(FAM)能够有效地定位整个复平面上的所有模式,再结合数值的最陡下降路径(NMSP)方法可以高效地计算微带结构中的电磁场。再者,本文引入了二维DCIM,将Sommerfeld积分的被积函数作为波数k_(zm)和源坐标z′(或场坐标z )的二维函数来处理,利用二维矩阵束方法求解了独立于所有空间坐标的复镜像系数。对于地表上方的目标和埋地目标,开发相应的快速算法一直是研究者关心的课题,多层快速多极子方法(MLFMM)利用加法定理对自由空间的格林函数在角谱空间中展开,能够将计算复杂度和存储复杂度均降低至O ( N log N ),本文通过对附近组之间的格林函数采用DCIM来严格计算,而对非附近组之间的格林函数采用近似方法来计算,将MLFMM推广到半空间问题。最后,本文介绍了波导格林函数的加速求解算法,选用新的复镜像形式,采样路径是沿复k_ρ平面的实轴,省去了变量代换的麻烦。另外,本文基于局部搜索算法(Local Searching Algorithm),对水平的多层土壤结构建立了相应的视电阻率模型,通过对目标函数进行优化从而反演出地层的参数。
参考文献：
[1]. 基于MPIE的分层微带结构电磁特性分析[D]. 李晋文. 中国人民解放军国防科学技术大学. 2003
[2]. 分层结构的谱域法及其在微带天线分析中的应用[D]. 赵宏宇. 国防科学技术大学. 2010
[3]. 双频微带阵列天线的设计技术研究[D]. 杜天波. 西北工业大学. 2006
[4]. 平面分层介质结构的快速电磁算法研究[D]. 庄伟. 南京理工大学. 2009
[5]. 平面分层结构格林函数求解及其在微带结构分析中的应用[D]. 曹锐. 国防科学技术大学. 2011
[6]. 微带阵列天线的谱域法分析[D]. 单正楠. 国防科学技术大学. 2013
[7]. 微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究[D]. 贺秀莲. 西安电子科技大学. 2005
[8]. 分层介质中目标电磁特性算法与应用研究[D]. 田延峰. 西安电子科技大学. 2006
[9]. 有耗半空间线天线的MPIE-MOM方法分析[D]. 丁寒. 合肥工业大学. 2013
[10]. 分层介质格林函数的快速计算和目标电磁散射特性研究[D]. 陈聪. 电子科技大学. 2011
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