高阶MoM及其与PO的混合法计算电磁散射问题

本文提出了一种新的以高阶矩量法(MoM)与物理光学法相结合的混合法(MoM-PO).该方法采用曲面参数化的离散方法,保证了建模的精确性.计算过程中将散射表面灵活划分为MoM区和PO区,在各自区域可以灵活确定离散单元的大小和密度.MoM区域的高阶矩量法,采用基于Lagrange插值的高阶矢量基函数,结合点匹配技术,比传统的高阶法简单,易于实现.计算结果表明,本文的高阶矩量法及其与物理光学法结合的混合方法能准确有效的计算目标的电磁散射特性.     

电磁计算在雷达设计中的应用及需求分析

随着计算电磁学和计算机技术的迅速发展,电磁计算在雷达设计中扮演着举足轻重的角色.本文分析了电磁计算在雷达设计中的应用,包括雷达天线设计、馈线及微波网络设计、天线罩设计以及复杂电磁环境雷达天线性能评估,并介绍了有限元法（finite element method,FEM）、矩量法（method of moment,MoM）和时域有限差分（finite-difference time-domain,FDTD）法三种常用的全波电磁仿真计算方法以及高频近似算法,最后讨论了雷达技术发展对电磁计算的新需求.     

某型舰船电磁环境仿真预测研究

为了开展舰船电磁环境效应研究及防护,以某型舰船为对象,提出了适用于电大尺寸复杂平台电磁环境仿真的高低频(时域有限积分法和高频弹跳射线法)混合求解计算方法.通过CST仿真软件,对短波天线和搜索雷达天线采用时域有限积分法仿真计算得到精确的天线电磁特性;对电大尺寸舰船采用高频弹跳射线法仿真计算甲板上和舱室内电磁环境.与实船测试对比,仿真预测精度误差小于6dB,满足某型舰船电磁环境仿真应用需求,同时也为舰船电磁防护设计提供依据.     

基于点云重建复杂城市建筑环境的电磁计算

在现代城市环境中,地形地貌地物复杂,精确评估电波传播效应十分困难. 针对传统城市建筑环境电磁计算物理建模不够精确的问题,提出利用多视角立体视觉的方法对城市复杂建筑环境进行基于点云的三维重建,获取精确的三角网格模型,并通过机器学习图像分割的方法获取城市环境边界电磁属性;在此基础上进行基于一致性绕射理论的射线追踪电磁计算,从而获取厦门大学翔安校区的电磁态势分布. 通过在不同分辨率网格模型上计算,并与COST231-Hata模型和实际测量结果对比,高分辨率网格模型的均方根误差为6.065 5 dB,证明了本文建模及计算方法的有效性.     

高低频电磁混合算法在目标高分辨特征提取中的应用

利用电磁混合算法对复杂目标进行电磁精确建模仿真,以获得真实目标较为准确的雷达高分辨像信息,对未来高分辨雷达实现目标探测与自动识别有着重要的意义.对于电大尺寸复杂目标电磁仿真计算,高频近似方法和低频数值方法各有其优势和局限性,如能结合两者的优点来解决计算中的精度和速度问题,将对建立高分辨目标特征库有着重要的帮助.本文以低频矩量法(MoM)和高频物理光学法(PO)混合为例, 提出了基于MoM-PO混合算法来精确求解电大尺寸目标的高分辨电磁散射特性,有效地提高了计算精度, 改善了计算速度, 为快速有效地解决复杂电大尺寸目标的高分辨特征提取提供了良好的途径.通过对典型目标和实际复杂目标实例的仿真计算,提取高分辨特征结果验证了该方法的有效性和实用性.     

分层介质目标电磁散射计算的快速射线追踪方法

针对利用射线追踪方法计算分层介质目标散射时由于海量射线导致的资源和效率瓶颈问题,提出了改进的蒙特卡洛法和自适应射线细分法,实现对超电大分层介质目标高频电磁散射的快速计算.改进的蒙特卡洛法基于射线在介质分界面上反射和折射的能量分布,将射线分裂等效为按照特定概率发生反射或折射,射线追踪过程中射线数保持不变,而自适应射线细分法通过选择稀疏的初始射线,并根据目标结构和材质的变化自动细分加密,在保证计算精度的同时最大程度降低射线数.仿真试验与参考结果对比验证了本文方法的精确和高效,并分析了两种方法的优缺点,给出了适用范围以及在实际工程应用中的建议.     

基于频域广义传输矩阵方法的电磁散射特性分析

多尺度复杂电子系统的电磁场问题难以用单一的计算电磁学方法进行高效数值计算.基于区域分解方法和惠更斯等效原理，提出了频域广义传输矩阵（generalized transition matrix，GTM）方法:将系统分解为多个子模块，通过电场积分方程（electric field integreal equation，EFIE）把各个子模块的电磁特性进行提炼，再考虑所有子模块之间的电磁耦合，计算系统整体电磁场分布.GTM方法把多尺度问题转化为尺度相对比较单一的问题进行处理，在分析各种复合结构、非均匀各向异性介质、大型相控阵天线等电磁散射特性时，提供了灵活的解决方案.论文给出了GTM在手征介质、开口腔体以及Vivaldi相控阵天线电磁特性分析中的应用算例，当未知量个数压缩到原来的十分之一时，GTM计算结果与直接用矩量法（methed of moment，MoM）求解的计算结果非常吻合.GTM可以简洁地表示目标问题的电磁散射特征，与传统MoM相比，大幅度减少了基函数的数量，具有较高的计算精度和效率.     

计算腔体散射的GRE—FDTD混合方法

在飞机雷达截面（RCS）的理论预估中，飞机进气道的电磁散射计算是其难点之一。对于厘米波段雷达而言，进气道属于电大尺寸目标，而其终端一般还存在涡轮叶片之类的复杂结构，单用高频近似方法难以解决。本文介绍GRE－FDTD混合方法可用于进气道的电磁散射计算。该方法用广义射线展开法（GeneralizedRayExpansion，GRE）计算进气道前端的缓变部分，用时域有限差分法（FDTD）计算包括涡轮叶片的复杂结构段。计算结果与波导模式法（Modal）－炬量法（MoM）混合方法的结果相比较，二者有很好的一致性。     

一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法

为了满足未来无线通信中信道建模日益增高的精度需求,针对射线跟踪信道仿真中电磁参数难以准确确定这一实际问题,提出了一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法.该方法利用局部实测的无线电传播信息绘制出无线环境图,基于感知哈希算法快速对比实测与射线跟踪仿真的无线环境图,从而调整仿真环境中的电磁参数使仿真数据逼近测试结果.针对多种...     

2.5 GHz城市环境电磁态势的计算与补偿

复杂城市空间的电磁态势分布可以通过电磁场数值计算的方法进行预测。文章使用矩量法(MOM)结合一致性几何绕射理论(UTD)的方法对2.5 GHz频率下某小区环境中的电磁态势进行了仿真计算以及实际测量。场景中的树木结构在此频率下显示出比较强烈的波动性,对电磁仿真计算结果产生了不可忽略的影响,文中将其对仿真计算结果的影响进行了单独建模仿真,给出其产生影响的经验值,对仿真结果进行修正。修正结果与测量结果对比证明该经验值在该频率下可以有效补偿计算结果的缺失。     

Computational electromagnetic simulation of smart antenna systems in urban microcellular environments

The paper presents computational electromagnetics (CEM)-based characterization of smart antenna-system performance in urban microcellular environments. Mutual coupling effects between antenna-array elements are modeled using the method of moments (MoM) and the mobile environment is modeled using electromagnetic ray tracing (ERT). The smart antenna systems simulated in several urban microcells (covering a region of downtown Austin, TX) use uniform circular antenna arrays operating at 1.8 GHz. Direction-of-arrival (DOA) distribution information is used to comment on alternative array geometries for urban microcells. Power distributions are given to illustrate the variability of microcell shape using both DOA- and spatial signature-based downlink beamforming. In addition, these power distributions demonstrate how multivariate optimization can be used to modify microcell shape and to compensate for the presence of a blocking cellular tower. Spatial signature-variation information is used to characterize the overall environment and to motivate vector-autoregressive (VAR) prediction of mobile users' spatial signatures using a Kalman filter. Results from this developed prediction technique are provided for mobile users in the urban microcellular environment.     

Analyzing electromagnetic pulse coupling by combining TLT, MoM, andGTD/UTD

An important problem in electromagnetic compatibility (EMC) analysis is to determine the coupling of an electromagnetic field into a shielded cable. Using the transmission line theory (TLT), the disturbance voltage induced inside the cable is easily calculated from the current distribution on its shield. This current distribution depends on the incident electromagnetic field and is efficiently determined by the method of moments (MoM). Extending the MoM with the geometrical and uniform theory of diffraction (GTD/UTD) makes it possible to solve scattering problems that are too large and too complex for the plain MoM. The combination of the three approaches-TLT, MoM, and GTD/UTD-allows calculation of the disturbance voltage inside a shielded cable, which is part of a complex scattering structure. The fundamentals of each method and the way of putting them together are shown in this paper. The application of the proposed method is demonstrated by an example: the pulse coupling between a monopole antenna and a shielded cable is analyzed, taking into account a large conducting structure in the vicinity     

应用AWE技术快速分析线面宽带电磁特性

利用渐近波形估计(AWE)技术分析了线面连接混合结构宽频带电磁特性。为了保证线面连接处电流的连续性,采用线-三角形模型,导体部分和导线部分与线面连接处分别采用不同的基函数;推导出线面连接混合结构的阻抗矩阵及其高阶导数,通过矩量法(MoM)求解线面积分方程得到给定频率点电流分布,然后应用AWE 技术快速有效地实现了导体和线结构在宽频带内的电流分布,得到整个线-面连接混合结构的输入阻抗和辐射方向 图,通过与MoM 结果相比,验证了该方法在分析线面混合结构宽带问题方面的高效性。     

各向异性材料涂覆目标电磁散射特性仿真

该文基于阻抗边界条件(IBC),提出了3维各向异性材料涂覆目标电磁散射特性的矩量法(MoM)解决方案。根据表面等效原理,采用感应电磁流以3维RWG(Rao-Wilton-Glisson)矢量基函数展开的伽略金法。以表面阻抗矩阵表征电磁参数,实现各向异性材料涂覆目标的电磁仿真,算例结果与Mie级数解等精确结果吻合良好。对各向异性材料涂覆复杂目标的电磁散射特性进行分析,为目标的雷达隐身和反隐身提供理论支持。     

湿度传感器圆柱谐振腔辐射量的研究

作为汽轮机里湿度传感器的圆柱谐振腔,以 TE011模式工作。为了实时取样所测气体,在圆柱腔两个端面不同位置开多个圆环缝隙,产生了电磁场向外辐射,影响谐振腔的谐振特性及电磁环境。为了减少电磁辐射,研究电磁场从圆柱形谐振腔两端的圆环缝隙辐射的情况,谐振腔圆环缝隙的电磁场采用电磁场等价定理、边值条件及汉克尔变换,通过模式匹配推导缝隙结构的电磁场分布,给出了随不同开缝数量、位置、宽度及圆环厚度等结构参数的辐射情况。采用 MATLAB 数值计算圆环缝隙的辐射量;采用 HFSS 仿真圆环缝隙圆柱谐振腔,得到了圆环缝隙辐射量,仿真结果验证了理论方法的正确性。同时,给出了带有圆环缝隙的圆柱谐振腔作为湿度传感器的最佳结构参数。     

雷达对抗动态信号环境模拟构建研究

复杂电磁环境是电子作战部队在未来战争中面临的主要战场环境,而信号环境是电磁环境的主要表现形式。针对电子作战部队面临的信号环境的构建问题,分析了构建动态信号环境的技战术需求,研究了雷达参数的建模和动态信号环境模拟系统的软硬件设计,提出了一种模拟构建雷达对抗动态信号环境的新思路。该系统能够模拟产生各种新体制雷达信号,也能够形成多路雷达信号交叠的信号环境,同时该系统与特定战术背景相结合,具备特定方案的再现功能,能够较好的满足部队的训练需求,具有重要的军事实用价值。     

Numerical modeling of an enhanced very early time electromagnetic(VETEM) prototype system

In this paper, two numerical models are presented to simulate an enhanced very early time electromagnetic (VETEM) prototype system, which is used for buried-object detection and environmental problems. Usually, the VETEM system contains a transmitting loop antenna and a receiving loop antenna, which run on lossy ground to detect buried objects. In the first numerical model, the loop antennas are accurately analyzed using the method of moments (MoM) for wire antennas above or buried in lossy ground. Then, the conjugate gradient (CG) methods, with the use of the fast Fourier transform (FFT) or MoM, are applied to investigate the scattering from buried objects. Reflected and scattered magnetic fields are evaluated at the receiving loop to calculate the output electric current. However, the working frequency for the VETEM system is usually low and, hence, two magnetic dipoles are used to replace the transmitter and receiver in the second numerical model. Comparing these two models, the second one is simple, but only valid for low frequency or small loops, while the first modeling is more general. In this paper, all computations are performed in the frequency domain, and the FFT is used to obtain the time-domain responses. Numerical examples show that simulation results from these two models fit very well when the frequency ranges from 10 kHz to 10 MHz, and both results are close to the measured data     

基于FE-BI的介质粗糙面上方涂覆目标电磁散射特性研究

采用有限元-边界积分（finite element boundary integral,FE-BI）方法研究了介质粗糙面上方涂覆目标的复合电磁散射特性,推导了一维介质粗糙面上方二维涂覆目标电磁散射的FE-BI公式.在仿真中,采用功能强大的有限元方法模拟涂覆目标内部场,对于涂覆目标与粗糙面之间的多重耦合作用则通过边界积分方程方法进行考虑.结合Monte-Carlo方法,数值计算了介质高斯粗糙面上方涂覆圆柱目标的电磁散射,分析了涂层材料介电常数、粗糙面粗糙度以及介质粗糙面介电常数变化对复合模型双站散射系数的影响.数值结果表明,相比于传统矩量法（method of moment,MoM）,本文方法虽然在处理理想导体模型时效率略低,但可以处理MoM难以处理的复杂媒质电磁散射问题,且计算精度较高.     

不同气象条件下特高压输电线路工频电场

为研究气象条件对特高压输电线路电磁环境的影响,特采用有限元法和模拟电荷法模拟了不同气象条件下特高压输电线路下1.5 m处的电磁环境,并采取单因素分析法分析了气象条件对特高压输电线路工频电场强度的影响,得出气象因素与它之间的线性关系图,仿真结果表明加强电磁环境的监测是非常有必要的。