基于频域广义传输矩阵方法的电磁仿真软件设计与应用

摘要

在计算电磁学中，为了提高仿真分析复杂散射体或大规模阵列以及电大尺寸物体的计算效率，需要对电磁场特性提取的数值计算方法进行改进，达到高效准确分析的要求。或者通过改进传统算法有效地提取物体的电磁特性，从而利用较少的未知数个数来求解介质体的电磁参数与电磁特性。
　　广义传输矩阵方法将一个子模块的电磁场问题分割成一个内部问题和一个外部问题。内部问题主要考虑子模块的结构，材料，形状及内部源的影响，外部问题与子模块的内部结构和材料无关，只与整个系统中子模块数目、分布以及各个子模块的等效模型有关，主要是用于在大规模散射体系统的分析中，确定子模块之间的电磁耦合效应。因此，广义传输矩阵方法的实质是将多尺度的电磁计算问题转化为单一尺度的电磁计算问题进行求解。
　　本文基于该方法提出了一种散射体分析的仿真软件设计方案，并搭建了一个智能化交互仿真平台FD-GTM，该平台采用模块化设计，将模型的预处理，数据转换，交互设置，数据结果可视化等功能进行整合。实现了复杂散射体群及辐射体系统的电磁特性仿真。该电磁仿真软件利用了Visual Studio平台的MFC类库进行人机交互界面设计，软件的结构整体分为前处理模块，计算模块以及后处理模块。各模块之间进行数据交互，协同完成整个仿真过程。FD-GTM软件可以对任意形状的散射体在给定入射场的条件下的散射场特性进行仿真，同时对于多个散射体组成的散射体组或散射体阵列进行仿真，计算效率相对于传统的矩量法具有明显的优势。适用与结构较复杂的大规模散射体系统的分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2本文研究内容与结构安排

第二章 介质体的电磁辐射与电磁散射特性

2.1电磁场基本理论

2.2介质体的电磁辐射特性

2.3 介质体的电磁散射特性

2.4 矩量法

2.5本章小结

第三章 频域广义传输矩阵的基本理论

3.1 介质体频域广义传输矩阵的建立

3.2 天线辐射体单元频域广义传输矩阵的建立

3.3 广义面积分方程

3.4 本章小结

第四章 频域广义传输矩阵仿真平台FD-G TM设计

4.1平台设计方案

4.2平台的架构与交互

4.3 FD-GTM 仿真平台的功能及操作

4.4本章小结

第五章 FD-GTM仿真算例分析

5.1散射体组的散射特性仿真

5.2散射体阵列的电磁散射特性

5.3天线阵列的电磁辐射特性

5.4本章小结

第六章 本文总结

6.1 主要总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

致谢