Ka 波段方同轴线中TM 波的全波算法*

对方同轴线中TM波的FDM(Finite Difference Method)全波算法进行了研究,推导了方同轴线TM波在临界和传播状态下各个电磁分量的全波计算公式,得到了传播状态与临界状态场分量之间的关系式,简化了对传播状态场分量计算,利用Yee氏网格单元对各电磁场分量进行有限差分,采用Matlab编程得到了TM波两个最低模式的色散与电磁场分布情况,与亥姆霍兹法、CST仿真计算结果进行了比较,三者结果均一致,并且研究了网格精度和不同内导体边长对截止频率的影响.全波算法是所有电磁分量参与计算,具有一次求解得到所有电磁场分量、计算速度快的优点,此法同样适用于方同轴线中其它模式的求解,也能求解其它类型传输线中模式的色散特性和电磁场分布问题,具有推广应用的潜力.     

基于MATLAB交互式软件包实现对FDTD算法的改进

矩阵和数组是MATLAB的核心,本文基于MATLAB交互式软件包的这一特点．实现了对FDTD算法(时域有限差分法)的改进。在时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain)FDTD方法中,利用MATLAB交互式软件对TM波辐射场的等值线分布计算,实现了动态计算的可视化。为利用MATLAB交互式软件求解整个空域中随时间变化的电、磁场值的解提供了一种方法,取得了良好的理论和试验效果。     

一维含时薛定谔方程的MATLAB有限差分矩阵分解算法

介绍了一种用于求解一维含时薛定谔方程的MATLAB矩阵分解算法.首先用等间距步长将距离和时间分为一系列的离散节点.其次,用向后差分近似表示时间导数,用中心差分近似表示空间导数,由此可导出一维含时薛定谔方程的古典隐差分格式.在不同的初始条件或初始/边界条件下,它们可以转化成一个用矩阵方程表示的节点线性方程组.在每一个时间步长,利用MATLAB提供的矩阵左除命令即可求出各个未知节点的函数近似值.重复该过程,便可获得任意时间步长下的波函数值.该方法概念简单,使用方便,无需在编程上花费较多精力即可求解一维含时薛定谔方程.     

GIM 技术在二维介质散射中的应用*

如何利用散射体的几何对称性,使各种矩阵方法求解电磁散射问题所需的存储量和计算时间减少,是当前计算电磁学领域中具有理论和实际意义的重要课题.本文针对谐振频段的TM波对介质柱体的散射问题,采用矩阵方法与GIM(广义镜像法)技术相结合的算法,通过构造虚拟的对称源与反对称源和运用叠加定理,成功地将原问题的求解转化为只在其1/4的边界上进行求解,由此达到了减少矩阵元和节约运算时间的目的.通过理论分析和具体算例的检验,并与MOM计算结果比较,证实了该方法在节约计算时间方面有显著优势.     

导电平板上任意孔缝的TM波散射及传输特性分析

该文利用边界积分法分析导电平板上任意孔缝的TM波散射及传输特性,并引入了一种基于微波网络原理的连接算法以缓解计算机内存对所计算孔缝尺寸的限制。首先将孔缝内腔分为几段,用积分方程法分别计算每段的广义导纳矩阵,然后利用连接算法将各段连接起来得到整个孔缝的口径导纳矩阵,最后由广义网络原理求解孔缝的等效磁流、后向散射场以及传输系数。     

半导体激光器矢量光场分布研究

为了实现在利用衍射光学器件整形半导体激光器时,得到半导体激光器各个电磁分量的分布,且该分布能够在较近的距离上仍然适用的目的,采用基尔霍夫衍射理论和非傍轴条件下的菲涅耳近似理论推导和MATLAB语言编制相应的数值计算程序的方法,得到半导体激光器各电磁分量分布的结果。结果表明,除在特殊方向上,半导体激光为TM波和TE波的混合模,数值程序实现了计算不同距离上半导体激光器各个电磁分量的分布情况的功能。这对设计和分析半导体激光器衍射整形光学器件具有重要意义。     

双轴各向异性介质特征参数的测试模型

介质参数测试的关键理论步骤是求解相应的电磁逆问题。本文利用等效传输线法导出了已知双轴各向异性电磁材料复介电常数张量ε^-和复磁导率张量μ^-，计算出反射系数和透射系数（正问题）的理论公式后，提出了一种新的求解逆问题的理论方法。由介质对正入射TE、TM波的反射系数与透射系数，可用公式直接反演得到ε^-和μ^-的复分量εx、μy和εy,μx然后利用介质对斜入射TE、TM波的透射系数由大为简化的反演算法迭代求解它们的z分量εz和μz。计算机模拟实验给出了比较理想的结果。     

一种多尺度灰度共生矩阵的纹理特征提取算法

纹理特征作为图像的一个重要特征,在国画分类识别中的地位十分重要,但现有的纹理提取算法大多基于灰度信息而忽略了颜色信息。针对国画分类识别中纹理提取算法存在的问题,本文提出了一种多尺度、多色域的纹理特征提取算法,该算法结合了轮廓波变换和灰度共生矩阵的优点。为了对国画进行特征提取,该算法首先将国画图像转变到HSI色彩空间。然后,提取色调、饱和度、强度这三个色彩分量进行分区域操作,即提取每一个色彩分量的纹理特征。最后,将提取的3个特征向量融合并进行主成分分析降维。实验证明,与灰度共生矩阵相比,本文算法在国画分类识别方面查准率提高了7.5%,查全率提高了8.7%。实验表明多尺度灰度共生矩阵算法优于传统的灰度共生矩阵算法。     

基于互谱测度法的多通道SAR散射波干扰抑制研究

散射波干扰极大地破坏了合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)对地物目标的识别,利用快时间STAP(Space Fast-time Adaptive Processing)可以对散射波干扰进行有效抑制。该文针对多通道SAR, 讨论了互谱测度法在散射波干扰抑制中的应用,分析了干扰加噪声协方差矩阵的互谱,仿真讨论了互谱测度法求解的加权矢量对散射波干扰抑制性能的影响,并和基于主分量分析的散射波干扰抑制算法性能进行了比较。仿真结果表明在同样的自由度下,互谱测度法较主分量分析法可以取得较优的散射波干扰抑制性能。     

高斯白噪声下L阵二维波达方向快速估计

针对L型阵列,提出一种在高斯白噪声环境下的二维波达方向( DOA)快速估计方法。首先利用阵列结构特点构建两个互协方差矩阵,同时实现了噪声分量的有效抑制,再依据协方差矩阵的性质构造了波达方向矩阵。对该矩阵进行一次特征分解即可分别得到包含方位角和俯仰角信息的方向矢量和方向元素,实现二维DOA估计。该算法避免了传统算法的谱峰搜索或大矩阵构造及其特征分解过程,计算量小,且参数自动配对。仿真结果表明,该算法在低性噪比和少快拍下的估计精度与2 D ESPRIT算法近似,但计算复杂度大幅降低,适用于实时性高的工程应用背景。     

EXTENDED HELMHOLTZ THEOREM AND ITS APPLICATION IN ELECTROMAGNETIC THEORY

It is proved that in a regular boundary system of rectangular,cylindrical or sphericalcoordinate,an arbitrary vector function can be separated into three orthogonal parameters:TEmodel field,TM model field and irrotational field.Each of these components can be determinedfully by a scalar function.On the basis of this theorem,the completeness of vector wave functionsystem{L,M,and N}is proved also.Thus it is explained that a vector function space can beprojected into three uncrossed subspaces not only in Euclidean space but also in the subspace ofvector wave function space.     

A matrix method for studying TM modes of optical planar waveguideswith arbitrary index profiles

Application of a previously proposed matrix method (which can only be used for TE mode solutions) to studying the wave characteristics of TM modes is described. To derive the matrix equation for TM-mode solutions of slab waveguides, the gradient of a continuous field is defined as the sum of a continuous function and a stepwise function so that boundary conditions are satisfied. By expanding both the index profile and mode field distribution into a truncated Fourier series, a particular matrix equation for determining mode indices and mode field distributions is obtained. Such a matrix equation can be generalized as BX = β²X, where B is a constant matrix, ß is the propagation constant, and the vector X accounts for the mode field distribution. Wave characteristics of TM modes of slab waveguides with arbitrary index profiles can thus be obtained following the solution of a linear algebra problem in a way similar to that for studying TE modes. The matrix B here, however, as indicated by this work, is different from that for TE mode solutions. Also, it is pointed out in this paper that the matrix B for TM-mode solutions has a different form as a different kind of waveguide is considered. Numerical results presented herein show that a sufficiently high accuracy can be obtained by using the proposed method     

1维光子晶体中两种偏振光的场分布

为了研究1维光子晶体中光强的分布,采用特征矩阵法推导出TM波在1维光子晶体中光强的分布公式,进行了TM波和TE波在1维光子晶体中光强分布的理论分析。结果表明,在禁带范围内,随着TM波和TE波在1维光子晶体中传播深度的增加,其光强迅速衰减;在导带范围内,随着TM波和TE波在1维光子晶体中传播深度的增加,其光强不会衰减。这一结果对1维光子晶体中TM波和TE波的禁带和导带的形成的认识是有帮助的。     

1维光子晶体中TM波的传输公式及其辨析

为了得到1维光子晶体中TM波的传输公式,采用传输矩阵的方法和电磁波的边界条件,推导出TM波在介质层中的特征矩阵及其反射系数和透射系数公式。结果表明,用TE波反射系数和透射系数公式做代换的方法不能得到正确的TM波的反射系数和透射系数公式;对推导出TM波的反射系数和透射系数公式进行了分析,由TM波的反射系数和透射系数公式得出的光强透射率和反射率满足能量守恒;并且推出的TM波反射系数公式不仅能够反映反射波与入射波的数量关系,且能够反映反射波与入射波的位相关系。这些结果对研究1维光子晶体中TM波的传输性质是有帮助的。     

TE and TM modes in cylindrical metallic structures filled withbianisotropic material

Modal propagation is studied for metallic circular waveguides, coaxial cables and sectoral waveguides filled with linear bianisotropic material. By representing the material constitutive tensors in cylindrical coordinates, the conditions under which TE and TM modal decoupling occurs are obtained, and second-order differential equations for the longitudinal field components are derived. Though the TE and TM longitudinal field components are expressible in terms of hypergeometric functions, a complete numerical solution scheme is, in general, more convenient. Conventional application of finite elements renders the differential problem numerically equivalent to a generalized eigenvalue matrix problem, whose solution yields the dispersion relation and cutoff frequencies of the waveguides together with the eigenfields expression. The effects one can obtain by varying the various coefficients of the constitutive tensors are illustrated by several numerical results     

1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散特性

为了研究1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散,采用特征矩阵的方法研究了1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波缺陷模的变化特征,得到了TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度变化的结果。结果表明,色散强度和色散厚度都会对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波的缺陷模产生明显的影响;利用TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度的变化规律,可以有效地实现对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制。     

慢波结构的纵向谐振特性研究

利用传输线理论分析了单模慢波结构纵向谐振的形成，说明了由于慢波结构与其输入、输出端阻抗不匹配导致纵向谐振的出现；根据有限元方法，通过求解S参数矩阵，研究了过模慢波结构TM0模的纵向谐振特性，获得了其形成时纵向波数与频率的满足条件及场分布特点，给出了纵向谐振发生时场的典型分布及实验上判断其发生的方法，并探讨了它对微波器件中束波相互作用的影响。     

色散对圆柱形光子晶体波导传输模式的影响

利用材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波模式禁带的变化特征,得出了TE波和TM波模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律.色散强度和色散厚度都会对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波的模式禁带产生影响.利用TE波和TM模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律,可实现对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制.