两相邻有限长圆柱的复合电磁散射研究

基于等效定理和互易性原理研究了两相邻有限长介质圆柱的复合电磁散射问题,推导出该复合散射场的二阶散射场计算公式.将公式所得结果与矩量法结果进行了比较,并分析了两柱距离、圆柱长度和极化状态等参量对复合散射场的影响. 关键词： 等效定理 互易性原理 电磁散射 有限长圆柱     

基于二维多模干涉效应的N×N光开关模型

报道了由两个N×N三维多模干涉耦合器和一段阵列相移波导组成的三维光开关.首先利用导模传输法分析了三维多模干涉耦合器的一般成像原理,并推导出了其成像位置以及相位矩阵.在此基础上,通过场传输矩阵法建立了光开关的传输方程.利用该传输方程计算得到了光开关工作时,阵列相移波导的相位条件,并通过三维有限差分光束传输法进行仿真验证,...     

微带阵列天线的时域散射特性

本文用时域有限差分方法(FDTD)研究了微带阵列天线的时域散射场,分析了入射脉冲极化方向不同以及入射方向不同时的散射场的分布情况;讨论了时域散射场的时域波形以及频谱与微带阵列天线结构的关系;用散射场分离算法讨论了地板对于微带贴片阵列散射场的影响.研究发现,有限大地板的微带阵列天线的散射场主要是由地板的边沿电流产生的,同时微带贴片阵列的谐振频率与入射脉冲的极化方向有关,因此不同的极化方向对应于不同的散射频谱. 关键词： 时域散射 微带天线 FDTD     

基于压缩感知的一维海面与二维舰船复合后向电磁散射快速算法研究

矩量法作为数值方法中积分方程方法的代表, 具有计算精度高、所用格林函数自动满足辐射条件、无须额外设置边界条件等优点. 但是在舰船目标与海面复合后向电磁散射仿真中, 传统矩量法需针对每个入射角反复求解矩阵方程组, 导致其在处理后向散射问题时计算量大, 耗时长, 仿真效率低下. 为解决上述问题, 本文提出了一种基于压缩感知技术的矩量法的改进算法. 该算法在求解复合后向散射问题时, 首先利用观测矩阵与传统矩量法中的电压矩阵相乘, 得到一组新的低维度的电压矩阵; 其次通过求解新电压矩阵下的矩阵方程组, 获得电流矩阵的观测值; 最后利用恢复算法(本文采用正交匹配追踪算法)重构出所需的原始入射源照射下的电流系数. 通过与传统矩量法的计算结果对比, 表明本文所提算法能够在保证计算精度的前提下, 明显减少计算时间, 提高计算效率.     

金属纳米柱天线的快速电磁分析

基于分段正弦基函数和矩量法,通过求解离散电流节点格林函数的封闭解得到金属纳米柱天线激发表面等离子体的阻抗矩阵.与使用其它基函数矩量法相比,该方法可以减少矩阵方程的维数.仿真结果表明:使用此方法只需求解很小的矩阵方程就可以求解出纳米天线表面极化电流,从而实现对纳米天线的散射特征及谐振模式的快速分析;其结果与时域有限差分仿真结果吻合良好且速度具有显著的优势,尤其在计算斜入射问题时计算优势更加明显.本文的方法对文中计算的模型有效,同样为其他形状纳米柱天线和碳纳米管器件散射特性仿真提供了快速有效的电磁分析方法.     

考虑互耦的半波振子线阵辐射和散射方向图综合

对于半波振子阵列天线,可用感应电动势法算得其阻抗矩阵,依据等效电路原理计入单元间的互耦计算辐射场.将其推广至考虑互耦的散射场计算,基于此辐射场和散射场的计算公式,提出一种考虑互耦同时综合半波振子阵列天线辐射和散射方向图的新方法.运用粒子群优化算法,通过优化振子的间距,同时综合指定辐射和散射方向图.运用该方法,通过对中心工作频率处的辐射和散射特性以及在威胁角度给定频带内的散射特性优化,有效降低半波振子阵在中心工作频率处的辐射和散射方向图的副瓣电平,并减小其在威胁角度给定频带内的雷达散射截面.计算结果与FEKO仿真结果吻合良好,验证方法的正确性.     

脉冲平面波斜入射旋转对称体电磁散射的FDTD算法

提出一种应用时域有限差分算法求解脉冲平面波斜入射时旋转对称体散射问题的方法.对斜入射脉冲平面波在圆柱坐标系下进行分解、应用总场/散射场连接边界、PML吸收边界条件.通过与矩量法分析结果的比较,验证了该方法的有效性.     

三维微纳米半球周期结构光学表面场分布及复合散射特性

为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性,满足光学周期超结构高精度设计需求,基于时域多分辨分析方法,从Maxwell方程出发,推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场,计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面,提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明:P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓;散射场值随入射角变大,在对应镜面散射角方向逐渐减小;在半径和波长值相当时,填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合;随填充半球间距增大,散射场的极大值数递增,且极大值对应的角度区间依次减小。     

平行柱体对平面波/高斯波束电磁散射

基于等效原理和互易性定理，研究了N个相互平行二维柱体对平面波/高斯波束的电磁散射特性，给出了求解N阶散射场公式.一阶散射可通过求解单个柱体的散射场得到，但对于高阶散射场而言，由于耦合散射的复杂性，很难给出精确的解析解.为了解决这一问题，借助等效原理和互易性定理给出了求解N阶散射场的面积分公式.只要给出柱体的i-1阶散射场及相关目标表面上的等效电流和(或)等效磁流，就可应用此公式求解i阶散射场.应用该近似方法计算了相互平行非均匀等离子体涂层导体圆柱的单/双站散射宽度，讨论了束腰半径、等离子体涂层厚度、电子密度、碰撞频率及雷达频率等对散射结果的影响.     

粗糙海面及其上方导体目标复合电磁散射的混合算法研究

利用基于电流计算的矩量法结合高频算法基尔霍夫近似的混合算法,分析了一维PM谱粗糙海面及其上方二维无限长任意截面导体目标的双站复合电磁散射特性.混合算法将粗糙面和目标分别划分到KA区域和MOM区域,由于无需数值求解粗糙海面区域的表面极化电流,该算法的运算时间和对计算机内存的需求主要取决于粗糙面上方目标的网格划分情况.数值结果以无限长导体圆柱为例计算了其与一维下垫PM谱粗糙海面的复合双站散射截面,并将计算结果与经典MOM结果进行了比对和验证,结果表明混合方法具有较高的计算效率.最后应用混合方法讨论了不同极化状态、海上不同风速以及目标不同尺寸和位置对复合散射截面的影响. 关键词： 粗糙海面 电磁散射 混合算法 矩量法     

应用压缩传感求解宽角度电磁散射问题

基于矩量法中阻抗矩阵与电磁波入射方向的无关性,引入压缩传感技术,构建一种全新的含有丰富角度信息的入射源.在该入射源照射下利用矩量法获得感应电流的测度,在数次测度之后,通过快速正交匹配追踪算法可恢复各个角度入射下的激励电流.与传统的矩量法相比,计算结果保持很高的精度,且计算时间减少为原来的三分之一,从而降低了宽角度电磁响应分析的计算复杂度.     

Multipole analysis of a generic system of dielectric cylinders and application to fibrous materials

A multipole theory describing the interactions between dielectric cylinders in a uniform field is developed. We treat the most general case of $N$ parallel cylinders placed in arbitrary positions. The exact theory is obtained by developing the polarisation charge surface density on each cylinder in a Fourier series. The related coefficients, the so-called multipoles, may be obtained from a linear set of equations which is derived and analysed in the paper. For systems of closely spaced cylinders, with high ratio of the dielectric constant of the cylinders compared to that of the homogeneous medium (in the worst case, conductive cylinders in contact with each other) a very large number of multipole terms is required to achieve convergence. In spite of the large number of required terms, the general multipole expansion is rapidly convergent in all other cases and is important from a theoretical point of view. Numerical results are presented for canonical dispositions of cylinders and for more complicated arrangements. Finally, such a multipole expansion has been applied to the dielectric characterisation of composite materials formed by a regular array of parallel cylinders, thereby obtaining the equivalent permittivity using a numerically efficient technique.     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

基于平行光管法的薄凸透镜焦距测量

薄凸透镜是光学仪器中最重要、最基本的元件,在天文、军事、医学等众多领域发挥着重要作用。焦距是薄透镜、反射镜等光学系统最重要的特性参量,因而准确测量薄透镜的焦距则显得尤为重要。实验室测量薄凸透镜焦距的方法有物距像距法、自准直法、光电法、平行光管法等。由于采用前3种方法测量透镜焦距的精度偏低,针对该问题,提出利用平行光管法测量薄凸透镜的焦距,并对实验误差作简单分析。实验结果表明,该方法可以高精度地测量薄凸透镜焦距,相对误差仅为0.138%。因此,采用平行光管法的薄凸透镜焦距测量方法是有效可行的。     

基于时间反转法的相控换能器声场的仿真研究

相控换能器具有焦距可调的优势。本文以82阵元相控换能器建立的3D数值仿真模型为例,基于时间反转法提取阵元的激励信号,利用时域有限差分(FDTD)法对Westervelt声波非线性传播方程进行声场数值仿真,研究不同阵元分布、偏离声轴的距离、设定焦距大小对形成声场的影响,可调控范围及其消除旁瓣方法。研究结果表明,随机分布相控阵可明显降低声场中的旁瓣;随着偏离声轴距离的增加,主瓣声压幅值逐渐减小,旁瓣与主瓣的最大声强比值r逐渐增大,且沿声轴的可调控范围逐渐减小;随声轴方向上设定焦距的增加,主瓣声压幅值先增大后减小,r值先减小后增大;基于时间反转法的高声压旁瓣消除法可在一定程度上扩大相控阵声场的可调控范围。     

Scattering of a Gaussian electromagnetic beam by a thin semiconducting cylinder

The scattering of a three-dimensional Gaussian electromagnetic beam by a thin (compared to the wavelength) semiconducting cylinder of infinite length is considered. Expressions for the scattered field and for the current induced in the cylinder are obtained. A numerical analysis of the distribution of the secondary current along the cylinder axis was made. It is shown that the dependence of the induced current on the distance along the cylinder axis becomes Gaussian as the aperture of the incident beam is increased.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 1, pp. 78–80, January, 1991.     

Studies on Fast Algorithm for the Scattering of a Large Array of Waveguide-Fed Wide-Slot Antennas in Millimeter Wave Region

We present an effective numerical technique to characterize the scattering of wide-slot antennas fed by waveguides with arbitrary terminations in terms of the method of moment (MoM) and the mixed potential integral equation (MPIE). In particular, the precorrected-fast Fourier transform (P-FFT) eliminates the need to generate and store the usual square impedance matrix andthus leads to speed up the matrix-vector multiplication in the resultant system. This property makes the Rao-Wilton-Glisson (RWG) functions to be useful in simulating electrically large-scale problems. In addition, the scattering from the finite ground surfaces is accounted for in the total scattered field by using the method of equivalent edge currents. The numerical results are presented and compared with both the traditional method of moment results obtained using the entire-domain basis functions and the experimental results, to demonstrate the proposed method to be a good candidate for study on the scattering of arbitrary wide-slot large array.     

EM scattering analysis of a ferrite cylinder by a FD-FD technique with an effective absorbing boundary condition and MEI

Electromagnetic scattering problem of an arbitrarily shaped ferrite cylinder is analyzed based on the finite difference-frequency domain(FD-FD) method with an effective numerical absorbing boundary condition (ABC) and the measured equation of invariance (MEI) on the terminated boundary. Compared with the method of moments (MoM), both the numerical ABC presented in this paper and the MEI result in dramatic savings in computing time and memory requirement for electrically large objects due to the sparsity of the finite difference equation. The absorbing characteristic of this numerical ABC is demonstrated numerically. The accuracy, memory needs and CPU time of the FD-FD with the numerical ABC or the MEI and the MoM are compared and then result in some important conclusions. Besides, the RCS of some ferrite cylinders are presented.