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基于有限元法的混合技术及其在复杂电大腔体电磁分析中的应用

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绪论

O.1矢量有限元法研究背景

0.2基于EB-FEM的混合法研究简介

0.3本文贡献

0.4论文结构

参考文献

第一章三维有限元法及其在复杂腔体分析中的应用

1.1标量有限元法及其存在的几个问题

1.1.1标量有限元法简介

1.1.2存在的问题

1.2三维线性矢量插值基函数

1.2.1长方体单元

1.2.2四面体单元

1.3单元矩阵计算

1.3.1四面体单元

1.3.2长方体单元

1.4复杂结构谐振腔分析

1.4.1理论模型

1.4.2数值结果与分析

1.5屏蔽机箱电磁泄漏分析

1.5.1有限元泛函公式

1.5.2简单数据结果与分析

1.6本章小结

参考文献

第二章迭代物理光学与矢量有限元法的混合技术研究

2.1 IPO子域连接法简介

2.1.1 IPO方法

2.1.2 IPO子域连接法

2.2 IPO/FEM混合法原理

2.2.1 IPO/FEM中的矢量有限元泛函公式

2.2.2 IPO与FEM的耦合

2.3有限元快速解法及内存压缩技术

2.3.1存储内存压缩技术

2.3.2有限元快速解法

2.4 RCS计算

2.5数值结果与讨论

2.6本章小结

参考文献

第三章非完纯导电边界IPO及IPO/FEM混合法的改进

3.1介质涂敷目标的IPO方法

3.1.1推广的IPO理论模型

3.1.2 Fresnel反射系数

3.1.3数值结果与分析

3.2 IPO/FEM混合方法的改进

3.2.1理论模型

3.2.2数值结果讨论

3.3多层介质平面格林函数

3.3.1理论分析

3.3.2数值结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章矢量有限元法中的区域分解技术

4.1区域分解法简介

4.1.1非重叠DDM

4.1.2重叠DDM

4.1.3超松弛DDM

4.2腔体散射问题DDM/FEM-BIE原理

4.2.1基本原理

4.2.2数值结果与讨论

4.3基于DDM技术的FEM/PO-PTD混合方法

4.3.1内问题

4.3.2外问题

4.3.3数值结果与分析

4.4本章小结

参考文献

第五章PML及IBC在EB-FEM中的应用

5.1波导不连续问题的FEM/PML混合法分析

5.1.1完全匹配层(PML)简介

5.1.2 PML在FEM中的应用

5.1.3数值结果与讨论

5.2多层介质涂覆腔体电磁散射问题IBC/FEM方法分析

5.2.1阻抗边界条件简介

5.2.2 IBC/FEM方法原理

5.2.3数值结果与分析

5.3本章小结

参考文献

第六章结论与研究展望

6.1全文总结

6.2本文中的不足及研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读博士学位期间发表的论文

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摘要

该文以EB-FEM为基础,以电大尺寸复杂腔体的电磁特性为分析对象,对EB-FEM与迭代物理光学法(IPO)、区域分解法(DDM)、阻抗边界条件(IBC)、完全匹配层(PML)和Mur吸收边界条件的结合算法以及具有非完纯导体边界的IPO理论模型进行了研究.文中还讨论了一些内存紧缩技术及EB-FEM方程组的快速求解方法.论文主要包括以下内容:将迭代物理光学法(IPO)的子域连接法与EB-FEM相结合,提出了一种新的混合方法—IPO/FEM法.建立了IPO/FEM混合法数学模型,并将其应用于分析电大尺寸复杂结构腔体的电磁散射特性.讨论了有限元方程组系数矩阵的压缩存储技术和其它一些内存紧缩方法,节省了大量的内存消耗.有限元方程组采用双共轭梯度法进行求解,通过对称超松弛迭代对方程组系数矩阵的性态进行改善,提高了双共轭梯度法的求解速度和迭代算法的稳定性.将迭代物理光学(IPO)法推广到非完纯导体边界目标的电磁散射特性分析中,建立了具有阻抗边界的IPO理论模型,并应用这种推广的IPO方法分析几何结构简单的电大尺寸介质涂敷腔体的电磁散射特性.在此基础上,将改进的IPO与FEM相结合对工程实际中所常见的具有复杂几何结构终端的电大尺寸介质涂敷腔体的电磁散射特性进行分析.由于介质涂敷区域可以直接应用IPO进行处理,避免了采用EB-FEM进行研究,节省了大量的计算时间和内存消耗.讨论了介质涂敷表面的格林函数求解方法,将其应用于推广的IPO方法中可以进一步提高该方法的计算精度.研究了区域分解法(DDM)与EB-FEM、边界积分方程(BIE)法相结合的混合算法-DDM/FEM-BIE方法.讨论了重叠DDM、非重叠DDM和超松弛DDM的迭代过程及其在EB-FEM中的应用.采用这种混合方法对电大尺寸三维开口腔体的电磁散射特性进行了分析,从而为应用低频方法分析电大尺寸目标提供了一条新的途径.在此基础上,将DDM与EB-FEM、物理光学法、物理绕射理论相结合,分析了带有深腔的电大尺寸三维导体目标的电磁散射特性.将完全匹配层(PML)应用到EB-FEM中对波导介质不连续性问题进行处理.讨论了波导中介质块的多少以及介电常数特性与S参数的关系,研究了PML的不同构造对S参数求解精度的影响,得出了一些对工程设计具有参考价值的结论.将Leontovich IBC与EB-FEM相结合对内壁涂覆多层介质的电小尺寸开口腔体的电磁散射特性进行分析,计入了介质内部电磁波的多次反射,提高了IBC/FEM方法的精度.

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