有损耗左手材料电波传播特性的FDTD分析

为研究电磁波在有损耗左手材料中的传播特性,采用时域有限差分（FDTD）法和色散媒质的Drude模型,推导出基于Drude模型的左手材料二维FDTD迭代方程。一维数值仿真结果验证了平面电磁波在穿过有耗左手材料时,其相速度大小与光速相同,方向与传播方向相反,且随着损耗因子的增大,左手材料内的电场强度幅值亦相应减小。此外,还利用多循环m-n-m脉冲作为激励源,对左手材料平板具有的完美透镜现象进行了二维数值仿真验证。结果表明,有耗平板左手材料具有明显的聚焦效果,在特定条件下能实现完美成像。     

PE模型预测蒸发波导中电波传播损耗

针对电磁波在蒸发波导中的异常传播现象,研究了电磁波在蒸发波导中的传播损耗,其传播损耗是电波传播的一个重要概念,并受到广泛关注。抛物模型(PE,Parabolic Equation Model)作为目前研究电波传播的主要模型,通过与Two-ray模型的对比分析验证了PE模型的可行性,且PE模型计算电磁波的传播损耗时可以克服其他模型预测粗糙海面时的不足。仿真分析表明,电波在蒸发波导中传播时的损耗值比在标准大气中的损耗值要小。     

左手材料全角度反射器的设计

利用传输矩阵理论,对左手材料(LHM)构成的一维 光子晶体(PC)反射器的反射带特性进行了分析。研究结果 表明,LHM反射器的全角度反射带(ODB)对入射角度是不敏感的,即具有全角度反射的功能。 而右手材料(RHM)反射器的 反射带对入射角度是非常敏感的,得到的是部分角度反射带。进一步分析发现,LHM PC反射 带 对周期数N不敏感,但会随着材料层厚度比k的增大,向高频方向移动,随晶 格常数h 的减小,向低频方 向移动。在此基础上,提出了设计左手材料全角度反射器的方法,并得到了3.1~ 3.9GHz频段之间、反射率高达100%的全 角度反射器。设计结果表明,本文思路可用于实现任意波段全角度反射器的设计。     

基于多层感知器神经网络的路径损耗预测研究

为了更好地服务于5G及未来无线通信系统的网络规划与优化,开展了基于多层感知器(multi-layer perceptron, MLP)神经网络的路径损耗预测研究. 利用有限的地物类型,提出一种表征传播环境的简易方法,避免了繁琐的三维场景建模. 结合测量数据和由环境表征方法提取的环境特征,基于MLP神经网络建立了路径损耗模型. 数据实验的对比分析表明MLP神经网络能够实现路径损耗的准确预测,且环境特征的引入有助于提升模型性能. 为解决干扰地物影响路径损耗模型的准确性以及模型对环境变化的敏感性问题,根据视距(line-of-sight, LoS)和非视距(non-line-of-sight, NLoS)标签改进环境表征方法,进一步提升了模型的稳定性和泛化能力. 所做工作有助于了解无线电波传播特性,为无线网络优化和通信系统设计提供了理论依据.     

水体的探地雷达成像数值模拟与实验比较研究

对中心频率为1.6GHz的探地雷达(GPR)进行水箱管线成像研究,获得了金属和聚氯乙烯(PVC)管线在不同深度、不同管径组合以及不同介质损耗等情况下的雷达剖面。建立了二维时域有限差分程序对实验进行数值模拟对比研究,该程序能对薄壁管线进行高精度建模。相同模型下的数值模拟结果与实验符合较好。从图像解释的角度重点讨论了实测与数值模拟的雷达剖面的异同,分析了电磁波多次反射造成的一系列双曲线现象,并探讨了高损耗介质的GPR数值模拟与实测结果略有不同的原因及解决对策。     

介质损耗对频率选择表面传输特性的影响

应用模匹配技术,研究了Y形缝隙平面周期阵列夹嵌于均匀有耗介质层中心的夹心频率选择表面(FSS)结构对平面波的传输特性。讨论了介质层对结构中心谐振频率、传输带宽、以及传输损耗的影响规律。相同介电常数的介质材料在有耗和无耗情况下的模拟分析结果清楚表明介质本身的损耗是影响FSS结构损耗特性的主要因素。     

一种基于非完全数据的路径损耗模型选择算法

为尽可能选择反应实际信道衰减特性的路径损耗模型,该文针对无线传感器网络中的路径损耗提出一种多模型选择算法。首先分析一组路径损耗模型的统计特性,然后考虑接收信号强度(RSS)的非完全数据,提出基于期望最大化(EM)的参数估计算法,最后在准则函数的基础上给出表征模型优劣的权重系数,建立了一种进行路径损耗模型筛选的量化方法。实验分析表明,该算法的参数估计较为准确,且与同类算法相比,该算法甄别出的最优模型与实验数据有较好的拟合度。     

基于机器学习和卫星图像的路径损耗预测

基于反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）构建了一种路径损耗预测模型. 通过卫星图像的红、绿、蓝（red, green and blue,RGB）通道的颜色信息来表征无线通信电波传播路径的环境特征,结合路测点与基站的距离特征构建数据集,迭代训练网络参数,以预测传播路径损耗. 结果表明,对跨基站路测点的预测结果与实测数据之间的相关系数达到0.83,绝对平均误差控制在0.66 dB,标准差控制在6.65 dB,说明在缺乏某一场景的详细模型和材质参数时,本文模型也能可靠预测无线通信电波的传播路径损耗. 此外,本文信道模型与传统信道建模方法多方面的对比与分析表明,本文模型在相同计算资源下可以提供和传统信道建模方法相差很小的预测结果,同时大大缩短预测所需的时间,说明本文模型对传播路径损耗做出快速预测的能力可以用于无线通信网络系统的优化.     

吸收散射型伪装遮障微波散射特性研究

借助有耗介质板模型研究了伪装遮障材料电磁参数对材料散射、透射和吸收性能的影响,初步得出了材料电磁参数可能选择的范围.采用周期结构模型和Split-Field Periodic FDTD法(基于分裂场的周期结构时域有限差分法)研究了吸收散射型伪装遮障微波散射特性,通过数值计算分析了网孔尺寸、材料电磁参数、入射波频率以及入射角度等因素对伪装遮障电磁散射特性的影响,得出了一些有参考价值的结论.     

基于双向射线追踪的损耗介质目标散射计算

双向解析射线追踪(Bi-directional Analytical Ray Tracing,BART)算法从发射端和接收端同时追踪电磁波射线在导体表面的弹跳过程,并用解析的三角形表征射线束的横向尺寸,极大地提高了电大尺寸导体目标的电磁散射计算速度.将此算法进一步推广,发展了扩展型双向解析射线追踪(Extended BART,E-BART)算法,并应用于电大尺寸、有耗介质目标的高频电磁散射计算.针对介质面元,E-BART算法需同时考虑反射射线和透射射线的追踪过程,并计算物理光学(Physical Optics,PO)和几何光学(Geometry Optics,GO)散射参数.损耗介质的射线传播过程满足复Snell定理,传播方向由等相面确定,衰减方向由等幅面确定.考虑到损耗介质内部的格林函数与空气的格林函数不一致,提出了PO/GO近似变换的思想来计算相应的散射场.与商业FEKO软件的计算结果对比,证明了E-BART算法的准确性和高效性,并分析了几种典型目标的散射特性.     

FDTDSIBC混合方法计算近地导线表面电流

通过在FDTD方法中引进时域表面阻抗界条件来研究瞬态电磁脉冲对有耗地面附近电缆线耦合问题。由频域表面阻抗出发通过拉氏变换得到时域表面阻抗边界条件（SIBC）,并将这种边界条件应用于FDTD方法中来模拟有耗地面的反射。计算结果表明了些方法的有效性。     

左手材料电磁散射特性的仿真研究

分别采用电磁场仿真软件CST MWS和CADFEK0仿真计算了不同电尺寸右手材料和左手材料介质球的电磁散射特性,并对电磁散射数值进行分析,同时与Mie理论计算结果相比较,可得出以下结论:无论在仿真电小尺寸还是电大尺寸的目标时,CADFEK0仿真效果部比CST MWS更佳.最后用CADFEKO软件仿真了金属球涂覆右手材料...     

磁偶极子激励的脉冲电磁波在损耗介质中的传播

本文用技坐标系中的时域有限差分法（FD-TD）模拟了磁偶极子激励的脉冲电磁波在均匀和轴对称分层均匀损耗介质中的传播问题，所得结果与文献中对类似问题的研究结果一致，从而相互得到了验证。并进一步证明Maxwell方程完全适应于脉冲电磁波在损耗介质中的传播问题。所用方法可用于电磁脉冲测并问题的进一步研究。     

A moment method solution for the shielding properties of three-dimensional objects above a lossy half space

In this paper, a moment method (MM) solution for analyzing the electromagnetic (EM) shielding properties of three-dimensional (3-D) lossy dielectric and magnetic objects over a lossy half space is presented. An MM, based on a volume formulation and a special Green's function in the spectral domain, is developed. Plane waves with TMz and TEz polarizations incident upon 3-D lossy material structures are demonstrated for the shielding effects of those bodies in the presence of a lossy ground. Some of the results are compared with those evaluated by applying the finite difference time domain method, and good agreements are obtained. The MM solution can be used to study the shielding problems for 3-D objects located above a lossy ground.     

A NEW FREQUENCY SELECTIVE SURFACE COMPOSED OF LEFT-HANDED MATERIALS

The frequency selective characteristics of a new dielectric periodic structure composed of left-handed materials (LHM) are carefully studied by a method which combines the multimode network theory with the rigorous mode matching method. The variations of the frequency selective characteristics with structure parameters and dielectric loss are presented and comparisons for the frequency selective properties between RHM and LHM gratings are also shown with some explanations. Guidelines for accurate design of the LHM dielectric frequency selective surface are given.     

基于帕德近似法模拟一般色散媒质电波传播的ADE-FDTD-CPML统一实现方案

为方便一站式处理常见几类各向同性、线性、无磁耗电色散媒质的电波传播问题,提出了一种ADE-FDTD-CPML统一实现方案:一是问题空间和吸收边界的统一处理;二是色散特性的统一建模:适用的媒质类型可以是单一的Havriliak-Negami(H-N)媒质、Davidson-Cole(D-C)媒质、Cole-Cole(C-C)媒质、Debye媒质、常规媒质或其任意组合;媒质属性可以是单极或多极的、有电耗的或无电耗的.该方案利用帕德(Padé)近似法,导出了一组整数阶辅助微分方程(ADEs),既克服了时域描述时遇到的分数阶导数困难,又展现了通用性好、复杂度低等优势.几个一维、三维算例解析、数值结果之间的对比,初步证实了统一实现方案的可行性和有效性.     

INVESTIGATION ON EFFECTS OF LEFT-HANDED MATERIALS ON FREQUENCY SELECTIVE CHARACTERISTICS OF DIELECTRIC PERIODIC STRUCTURES

The effects of left-handed materials (LHM) on frequency selective reflection and transmission characteristics of dielectric periodic structures are carefully investigated using a method which combines the multimode network theory with the rigorous mode matching method. In addition, the effects of LHM dielectric loss on the selective properties are also given. It has been shown that the selective behavior of periodic structures can be modified by adding LHM layers above and below the periodic layer.     

Imaging by LHM Slab Using Negative Refraction and Reflection

In this paper, we have shown a imaging system using negative refraction and reflection by Left-Handed materials (LHM) slab coated by a metal layerat one side. In this imaging system, one image is within the LHM by refraction, the other is at same side of source by reflection and refraction, which is different from the imaging only by refraction. If the LHM is slight loss and mismatch, the LHM slab can also be regarded as a perfect imaging system.      

电波在有耗分层媒质中传播的频域特性研究

本文在频率域上研究了电波在分层媒质中的传播特性，提出了一种新的电波在有耗分层媒质中的传播的频域模型，利用计算机仿真分析了电波在层状媒质中的传播的频率特性，得出了各介质参数及电波频率与传播持性的关系。     

An efficient formulation to determine the scatteringcharacteristics of a conducting body with thin magnetic coatings

Two new and efficient surface integral equations, derived from corresponding volume integral equations, are developed to calculate the scattering of electromagnetic (EM) waveform from an arbitrarily shaped conducting body coated with thin lossy magnetic film. Their numerical solutions by the method of moments (MM) for two-dimensional structures with full or partial coatings are presented. It is shown that the radar cross-section of a conducting body can be significantly reduced by coating it with a lossy magnetic film. To verify the validity and accuracy of the proposed formulation, another method based on the expansion of cylindrical harmonic functions with real arguments is also developed to calculate the scattering of a plane EM wave from an electrically large coated circular cylinder. The same problem was also solved by the proposed formulation, and excellent agreement between the two approaches was achieved. In addition, numerical results of the scattering from a rectangular coated cylinder is shown to be consistent with that obtained by a modified finite-difference-time-domain (FDTD) method