基于随机拓扑的复杂腔体电磁辐射统计特性

针对电磁波经孔缝耦合进入多端口微波混沌腔体的电磁辐射问题,推导了孔缝随机耦合模型,以预测单腔体各孔缝处耦合电压的统计特性;并将该模型与电磁拓扑理论结合,提出了一种复合计算方法孔缝随机拓扑模型,用于分析级联腔体的孔缝耦合电压和传输系数等电磁量的统计特性,将该算法的计算结果与网络级联理论的计算结果进行对比,验证了算法的正确性。该模型可成为分析复杂不规则混沌腔体的孔缝耦合问题以及混响室研究的有利工具。     

多腔体复杂系统电磁脉冲耦合统计特性

以双腔体级联系统为实验对象,测量了系统的输出端感应电压,对实验结果进行统计分析,并与随机拓扑模型计算结果进行对比,两者基本吻合,验证了随机拓扑模型的适用性;利用该模型计算分析了不同脉冲参数及不同拓扑结构条件下多混沌腔体复杂系统的电磁耦合统计特性。研究表明,脉冲宽度和脉冲个数与概率峰值处的感应电压均存在一定的谐振特性,且脉冲频率越低,脉冲的耦合效率越高,采用串型的拓扑结构更加有利于系统的防护和加固。     

随机耦合模型复杂腔体电磁耦合效应统计特性

针对微波脉冲激励下复杂屏蔽腔体内部电路耦合电磁量计算的问题,建立了一个微波混沌腔体,通过测试获取了含内部电路的腔体辐射和辐射散射参数,利用随机耦合模型（RCM）,对干扰脉冲能量进行了归一化处理,计算分析了微波脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲数目以及腔体损耗因子对目标点感应电磁量统计分布的影响。计算结果表明：脉冲干扰下电路目标点耦合电磁量强于功率源激励;在脉冲能量一定的条件下,目标点耦合电磁量与微波脉冲的宽度、间隔和数目的变化均呈现一定的谐振特性,且单脉冲激励对电路的影响明显强于多脉冲。与此同时,实验还研究了电路易受电磁干扰的目标点的确定方法。     

混沌腔体的统计电磁预测技术

随机耦合模型既继承了传统确定性电磁预测方法的优点,又能克服确定性预测方法对电大混沌腔体中电磁场量预测性能较差的问题。针对统计电磁学的研究运用现状,围绕混沌腔体的统计电磁预测技术,分析了随机耦合模型在理论研究及其测试应用中需要解决的非遍历性短周期耦合、任意孔缝辐射耦合及多腔体级联能量统计分析等关键技术及其研究思路,为随机耦合模型统计电磁预测技术的研究提供了一定的参考。     

混沌腔体的统计电磁预测技术

随机耦合模型既继承了传统确定性电磁预测方法的优点,又能克服确定性预测方法对电大混沌腔体中电磁场量预测性能较差的问题。针对统计电磁学的研究运用现状,围绕混沌腔体的统计电磁预测技术,分析了随机耦合模型在理论研究及其测试应用中需要解决的非遍历性短周期耦合、任意孔缝辐射耦合及多腔体级联能量统计分析等关键技术及其研究思路,为随机耦合模型统计电磁预测技术的研究提供了一定的参考。     

复杂腔体本征电磁场空间分布的统计方法

利用半经典近似方法分析了电大复杂腔体内电磁波传播的混沌特征,从而引入了3维矢量本征函数的随机平面波假设。根据电磁波传播的随机极化特征,利用统计方法推导出基于该假设本征电磁场空间分布的统计模型。应用数值方法对3维Sinai微波腔体进行模拟计算,其计算结果与统计模型符合较好。这些统计模型与腔体的具体细节特征无关。     

复杂腔体本征电磁场空间分布的统计方法

 利用半经典近似方法分析了电大复杂腔体内电磁波传播的混沌特征,从而引入了3维矢量本征函数的随机平面波假设。根据电磁波传播的随机极化特征,利用统计方法推导出基于该假设本征电磁场空间分布的统计模型。应用数值方法对3维Sinai微波腔体进行模拟计算,其计算结果与统计模型符合较好。这些统计模型与腔体的具体细节特征无关。     

基于电磁拓扑的多腔体屏蔽效能快速算法

提出基于电磁拓扑理论计算开孔多腔体屏蔽效能的快速方法.首先给出双腔体等效电路和电磁拓扑信号流图,并推导孔缝节点处的散射矩阵,给出拓扑网络的散射矩阵方程和传输矩阵方程,获得双腔体的广义Baum-Liu-Tesche(BLT)方程.在此基础上研究了开孔三腔体,包括串型级联三腔体和串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.对于串型级联三腔体,其电磁拓扑网络和广义BLT方程在双腔体基础上直接扩展即可获得.而对于串并型混合级联三腔体,通过将位于三腔体公共面上的孔缝等效为三端口网络节点,并根据三端口网络散射参数定义推导获得该节点的散射矩阵,最终得到串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.本文方法对双腔体的计算结果与文献结果和实验结果相符合,对3组不同类型和尺寸开孔腔的屏蔽效能的计算结果与时域有限差分法计算结果符合较好.该算法不仅效率高,通过对所有计算结果和实验结果的误差统计分析,表明该算法具有较高的计算准确度.     

基于随机耦合模型的系统级电磁环境效应分析

通过宽频带电磁环境下计算机机箱关键部位感应电压统计分布的实验验证和基于随机矩阵理论的耦合模型的理论计算研究,给出了随机耦合模型(RCM)的应用流程和计算方法;就散射系数、归一化散射和归一化阻抗矩阵的统计特性进行了理论和实验研究,实验测量结果与理论分析结果非常一致;针对RCM的应用进行了初步分析,验证了随机耦合模型在复杂电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。结果证明此方法尤其适用于大型的具有非平行面封装腔体电子设备的电磁兼容、效应及评估等研究。     

基于随机耦合模型的系统级电磁环境效应分析

通过宽频带电磁环境下计算机机箱关键部位感应电压统计分布的实验验证和基于随机矩阵理论的耦合模型的理论计算研究,给出了随机耦合模型(RCM)的应用流程和计算方法;就散射系数、归一化散射和归一化阻抗矩阵的统计特性进行了理论和实验研究,实验测量结果与理论分析结果非常一致;针对RCM的应用进行了初步分析,验证了随机耦合模型在复杂电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。结果证明此方法尤其适用于大型的具有非平行面封装腔体电子设备的电磁兼容、效应及评估等研究。     

Level-set based topology optimization for electromagnetic dipole antenna design

This paper presents a level-set framework for a typical electromagnetic design problem of dipole antenna. In this study, the geometrical configuration of an antenna is represented by the zero-level contour of a higher-dimensional level-set function. The governing equation for the induced current flow on a metal surface is the Electric Field Integral Equation (EFIE), which takes into account the electric component of the incident wave. The design objective is formulated in terms of the surface current and incident electric field. The normal velocity of the level-set model, which reflects the sensitivity of the objective function, is derived from the adjoint variable method and shape derivative. By optimizing the objective function, the area with the highest current density, to which the voltage feeding should be applied, can be reshaped. The advantages of adopting the level-set technique for electromagnetic design lie in its capacity for capturing sophisticated topological changes and facilitation in mathematical representation of the design configuration. The demonstrative examples of dipole antenna design show that the level-set method results in a fairly smooth optimization process, where the vacuum/metal interface gradually attains its optimal configuration. A series of design cases with self-adjoint and non-self-adjoint sensitivity analyses are studied and compared to the benchmarking problems in dipole antenna.     

Shape determination for deformed electromagnetic cavities

The measured physical parameters of a superconducting cavity differ from those of the designed ideal cavity. This is due to shape deviations caused by both loose machine tolerances during fabrication and by the tuning process for the accelerating mode. We present a shape determination algorithm to solve for the unknown deviations from the ideal cavity using experimentally measured cavity data. The objective is to match the results of the deformed cavity model to experimental data through least-squares minimization. The inversion variables are unknown shape deformation parameters that describe perturbations of the ideal cavity. The constraint is the Maxwell eigenvalue problem. We solve the nonlinear optimization problem using a line-search based reduced space Gauss–Newton method where we compute shape sensitivities with a discrete adjoint approach. We present two shape determination examples, one from synthetic and the other from experimental data. The results demonstrate that the proposed algorithm is very effective in determining the deformed cavity shape.     

Classical electrodynamic systems interacting with classical electromagnetic random radiation

In the past, a few researchers have presented arguments indicating that a statistical equilibrium state of classical charged particles necessarily demands the existence of a temperature-independent, incident classical electromagnetic random radiation. Indeed, when classical electromagnetic zero-point radiation is included in the analysis of problems with macroscopic boundaries, or in the analysis of charged particles in linear force fields, then good agreement with nature is obtained. In general, however, this agreement has not been found to hold for charged particles bound in nonlinear force fields. The point is raised here that this disagreement arising for nonlinear force fields may be a premature conclusion on this classical theory for describing atomic systems, because past calculations have not directed strict attention to electromagnetic interactions between charges. This point is illustrated here by examining the classical hydrogen atom and showing that this problem has still not been adequately solved.     

相控阵天线电磁发射特性的统计分析

相控阵天线波束指向高度动态变化,其电磁发射特性呈现出显著的统计规律,分析和测试所需的资源巨大。采用多项式混沌展开（PCE）探究二维平面相控阵天线发射特性的统计特性,根据方向图乘积定理等确定代表相控阵天线电磁发射特性的目标函数,利用PCE建立目标函数的等效代理模型。从理想点源构成的相控阵天线着手,分别考虑了主波束指向服从均匀分布和正态分布两种典型情况,通过计算机仿真模拟得到等效代理模型的概率密度函数和累积分布函数,并使用传统的蒙特卡罗方法结果作为参照来评估PCE方法的有效性和可靠性,最后对小型偶极子相控阵天线的波束指向服从两种典型分布的情况进行讨论。仿真对比结果表明,PCE方法在保证结果准确度的同时可以大大减少采样样本点数目,大幅提升相控阵天线电磁发射特性分析和测试的效率。     

基于稀疏贝叶斯学习的复杂网络拓扑估计

提出了一种噪声环境下复杂网络拓扑估计方法, 仅利用含噪时间序列估计未知结构混沌系统的动力学方程和参数, 以及由混沌系统组成的复杂网络的拓扑结构、节点动力学方程、所有参数、 节点间耦合方向和耦合强度.通过采用动力学方程的统一形式, 将动力系统方程结构和参数估计看成线性回归问题的系数估计, 该估计问题利用贝叶斯压缩传感的信号重建算法求解, 含噪信号的模型重建使用相关向量机方法,即通过稀疏贝叶斯学习求解稀疏欠定线性方程得到上面提到的可估计对象.以单个Lorenz系统及由200个 Lorenz系统组成的无标度网络为例说明方法的有效性. 仿真结果表明,提出的方法对噪声有很强的鲁棒性,收敛速度快,稳态误差极小, 克服了最小二乘估计方法收敛速度慢、 稳态误差大以及压缩传感估计方法对噪声鲁棒性不强的缺点.