基于有限元方法對(duì)三維結(jié)構(gòu)電磁散射問題的研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，以及國際形勢(shì)的不斷變化，科技的作用已經(jīng)越來越凸顯。而這其中，雷達(dá)無疑是發(fā)展的重點(diǎn)，因?yàn)樗环Q為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的眼鏡。而在雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，目標(biāo)的電磁散射特性研究是一項(xiàng)重要的共性基礎(chǔ)研究，它對(duì)于現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的隱形設(shè)計(jì)、目標(biāo)分類與識(shí)別、遠(yuǎn)程預(yù)警和跟蹤等軍事應(yīng)用都有著極其重要的參考價(jià)值。在研究電磁散射的數(shù)值計(jì)算方法中，有限元法被廣泛應(yīng)用。而在實(shí)際應(yīng)用中,很多電磁散射問題和輻射問題都涉及到無限區(qū)域，這時(shí)有限元法需要在離開目標(biāo)一段距離的位置

2、設(shè)置合適的邊界條件，導(dǎo)致計(jì)算量的急劇增加。雖然邊界積分法在積分方程的基礎(chǔ)上可以直接分析目標(biāo)問題,但是最終要生成一個(gè)滿秩矩陣，這對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和計(jì)算要求較高，不能應(yīng)用到尺寸較大的電磁問題中。為了更好地應(yīng)用這兩種數(shù)值仿真方法，發(fā)展出了有限元-邊界積分法。通過引入一個(gè)虛構(gòu)的邊界可以將這種方法應(yīng)用到實(shí)際的電磁問題中，以邊界面分割，邊界內(nèi)部應(yīng)用有限元法，邊界外應(yīng)用邊界積分法，并根據(jù)場(chǎng)的連續(xù)性進(jìn)行耦合。有限元-邊界積分法對(duì)于處理大型無限域問題有著較

3、大的優(yōu)勢(shì)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究和應(yīng)用。本文主要工作分為以下三點(diǎn):
　　1.首先介紹了矢量有限元方法的基本原理,并通過對(duì)波導(dǎo)問題的分析加深對(duì)有限元法的理解。在這個(gè)過程中，通過離散網(wǎng)格、添加插值函數(shù)、強(qiáng)加邊界條件、矩陣稀疏存儲(chǔ)以及對(duì)矩陣求解等過程得到最后的場(chǎng)圖和透射系數(shù)。并通過與HFSS仿真結(jié)果進(jìn)行比較,計(jì)算誤差大小，進(jìn)而對(duì)有限元法的過程進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的概述。
　　2.在電磁散射和輻射等問題中，它們關(guān)心的是無限空間，而應(yīng)用有限元

4、法必須將無限大區(qū)域通過人工截?cái)噙吔缃財(cái)酁橛邢薮髤^(qū)域，包括吸收邊界條件(ABC)和完全匹配層(PML)，本文采用一階矢量吸收邊界條件計(jì)算三維結(jié)構(gòu)目標(biāo)的散射問題。通過對(duì)規(guī)則模型的收斂性判斷，與HFSS仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算出其雷達(dá)截面RCS與解析解對(duì)比驗(yàn)證自己的程序，并得到一些復(fù)雜模型的RCS，從而完成一套適用于任意三維結(jié)構(gòu)模型的程序。
　　3.最后，引入有限元邊界積分解決電磁散射問題，通過Ez極化和Hz極化兩種方式對(duì)其進(jìn)行推導(dǎo)，得