低频强电磁场仿真中的时域积分方程方法研究与应用
发布时间：2022-08-11 10:56
在低频强电磁场问题的研究中,仿真、实测与数据分析是广泛采用的三步研究法。本文依托于国防专项项目,对该问题的数值仿真方法进行了研究。在仿真低频问题时,时域积分方程（Time-Domain Integral Equation,TDIE）方法是一种有效的仿真算法。在这类问题中,入射场频率并不高,计算复杂度和内存占用的压力得以缓解。但低频时剖分尺寸、入射场频率和时间步长设置会不匹配,另一方面,散射体的类腔体结构和激励的长持续时间,易引起解的不稳定。因此,本文首先对TDIE方法的初始条件问题、内谐振现象及解中的线性环路电流等不稳定现象进行了研究。常用的TDIE方法有两种形式:原始型TDIE和导数型TDIE。初始条件问题是基于导数型TDIE的时间步进（Marching-on-in-Time,MOT）算法所独有的问题,由初始条件的不当设置引起。本文提出了一种时间基函数的约束条件,以此避免初始条件问题的出现,并通过数值算例验证了约束条件的有效性。MOT算法的内谐振现象会导致解在散射体的谐振频点处出现异常大幅值。本文研究了导数型TDIE方法解中的内谐振电流,将TDIE的内谐振现象补充完整。该电流与其在原...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的主要工作
1.4 本文的结构安排
2 时域积分方程与经典的时间步进解法
2.1 引言
2.2 时域积分方程的推导
2.2.1 矢量磁位与标量电位
2.2.2 电磁场关于电流的表达式
2.2.3 两种形式的时域积分方程
2.3 表面电流的空时离散
2.3.1 空间基函数
2.3.2 时间基函数
2.4 时间步进法的构造
2.5 本章小结
3 时域电场积分方程的稳定性分析
3.1 引言
3.1.1 连续时域电场积分方程的稳定性
3.1.2 时间步进法与Petrov-Galerkin方法
3.2 初始条件问题
3.2.1 初始条件问题的起因
3.2.2 拉格朗日与B-样条基函数的对比
3.2.3 数值算例与分析
3.3 内谐振现象
3.4 线性环路电流
3.4.1 线性环路电流的构造
3.4.2 分段多项式型时间基函数的几个特性研究
3.4.3 线性环路电流对解的影响
3.4.4 线性环路电流与静态环路电流的对比
3.4.5 数值算例与分析
3.5 稠密剖分与低频截断问题
3.6 本章小结
4 内层2-D面元积分的高效计算方法
4.1 引言
4.2 角域积分法
4.2.1 e(θ)和g(θ)的解析求解
4.2.2 1/R奇异性处理方法
4.2.3 1/R~2和1/R~3强近奇异性处理方法
4.2.4 角域积分法的平滑技术
4.2.5 数值算例与分析
4.3 改进的径向积分法
4.3.1 径向积分法
4.3.2 改进的平滑策略
4.3.3 改进的平滑技术
4.3.4 数值算例与分析
4.4 角域积分法与改进的径向积分法的比较
4.4.1 共同特点
4.4.2 算法效率比较
4.4.3 选用依据
4.5 本章小结
5 外层2-D面元积分的高效计算方法
5.1 引言
5.2 内层2-D面元积分的精确解
5.3 DUFFY-PT积分法
5.3.1 外层积分的Duffy变换
5.3.2 基于多项式变换的平滑技术
5.3.3 多项式变换中平滑程度的选择
5.3.4 数值算例与分析
5.4 针对钝角三角面元的处理
5.4.1 自适应积分点重布法
5.4.2 场三角面元分割法
5.4.3 数值算例与分析
5.5 本章小结
6 复杂电磁环境下低频强电磁场的仿真、测量与屏蔽
6.1 引言
6.2 脉冲电源的电磁辐射仿真
6.3 低频电磁辐射下炮体的表面电流仿真
6.4 复杂电磁环境低频强电磁辐射的测量
6.5 强电磁辐射下机箱的电磁环境仿真
6.6 低频强磁场屏蔽材料的选择
6.6.1 低频电磁场屏蔽理论分析
6.6.2 材料电磁参数测试与经验公式对比
6.6.3 三种材料低频磁场屏蔽效能的CST仿真与测试
6.7 本章小结
7 全文总结和展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏心孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析算法[J]. 张亚普,达新宇,谢铁城. 电波科学学报. 2014(05)
[2]测量金属电导率方法的研究[J]. 邵巍,徐少春. 计量与测试技术. 2012(12)
[3]低频强磁场屏蔽效能的测试方法与测试设备研制[J]. 高成,刘晓,石立华,周璧华. 高电压技术. 2010(09)
[4]有孔矩形腔的屏蔽效能及其对谐振抑制研究[J]. 汪柳平,高攸纲. 电波科学学报. 2008(03)
[5]精确稳定求解时域电场积分方程的一种新方法[J]. 赵延文,聂在平,徐建华,武胜波. 电子学报. 2006(06)
[6]屏蔽门金属弹簧片的屏蔽效能分析[J]. 沈宝丽,任武,高本庆,王勇. 电波科学学报. 2003(06)
博士论文
[1]时域积分方程时间步进算法及其快速算法研究[D]. 李金艳.电子科技大学 2013
本文编号：3674531
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的主要工作
1.4 本文的结构安排
2 时域积分方程与经典的时间步进解法
2.1 引言
2.2 时域积分方程的推导
2.2.1 矢量磁位与标量电位
2.2.2 电磁场关于电流的表达式
2.2.3 两种形式的时域积分方程
2.3 表面电流的空时离散
2.3.1 空间基函数
2.3.2 时间基函数
2.4 时间步进法的构造
2.5 本章小结
3 时域电场积分方程的稳定性分析
3.1 引言
3.1.1 连续时域电场积分方程的稳定性
3.1.2 时间步进法与Petrov-Galerkin方法
3.2 初始条件问题
3.2.1 初始条件问题的起因
3.2.2 拉格朗日与B-样条基函数的对比
3.2.3 数值算例与分析
3.3 内谐振现象
3.4 线性环路电流
3.4.1 线性环路电流的构造
3.4.2 分段多项式型时间基函数的几个特性研究
3.4.3 线性环路电流对解的影响
3.4.4 线性环路电流与静态环路电流的对比
3.4.5 数值算例与分析
3.5 稠密剖分与低频截断问题
3.6 本章小结
4 内层2-D面元积分的高效计算方法
4.1 引言
4.2 角域积分法
4.2.1 e(θ)和g(θ)的解析求解
4.2.2 1/R奇异性处理方法
4.2.3 1/R~2和1/R~3强近奇异性处理方法
4.2.4 角域积分法的平滑技术
4.2.5 数值算例与分析
4.3 改进的径向积分法
4.3.1 径向积分法
4.3.2 改进的平滑策略
4.3.3 改进的平滑技术
4.3.4 数值算例与分析
4.4 角域积分法与改进的径向积分法的比较
4.4.1 共同特点
4.4.2 算法效率比较
4.4.3 选用依据
4.5 本章小结
5 外层2-D面元积分的高效计算方法
5.1 引言
5.2 内层2-D面元积分的精确解
5.3 DUFFY-PT积分法
5.3.1 外层积分的Duffy变换
5.3.2 基于多项式变换的平滑技术
5.3.3 多项式变换中平滑程度的选择
5.3.4 数值算例与分析
5.4 针对钝角三角面元的处理
5.4.1 自适应积分点重布法
5.4.2 场三角面元分割法
5.4.3 数值算例与分析
5.5 本章小结
6 复杂电磁环境下低频强电磁场的仿真、测量与屏蔽
6.1 引言
6.2 脉冲电源的电磁辐射仿真
6.3 低频电磁辐射下炮体的表面电流仿真
6.4 复杂电磁环境低频强电磁辐射的测量
6.5 强电磁辐射下机箱的电磁环境仿真
6.6 低频强磁场屏蔽材料的选择
6.6.1 低频电磁场屏蔽理论分析
6.6.2 材料电磁参数测试与经验公式对比
6.6.3 三种材料低频磁场屏蔽效能的CST仿真与测试
6.7 本章小结
7 全文总结和展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏心孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析算法[J]. 张亚普,达新宇,谢铁城. 电波科学学报. 2014(05)
[2]测量金属电导率方法的研究[J]. 邵巍,徐少春. 计量与测试技术. 2012(12)
[3]低频强磁场屏蔽效能的测试方法与测试设备研制[J]. 高成,刘晓,石立华,周璧华. 高电压技术. 2010(09)
[4]有孔矩形腔的屏蔽效能及其对谐振抑制研究[J]. 汪柳平,高攸纲. 电波科学学报. 2008(03)
[5]精确稳定求解时域电场积分方程的一种新方法[J]. 赵延文,聂在平,徐建华,武胜波. 电子学报. 2006(06)
[6]屏蔽门金属弹簧片的屏蔽效能分析[J]. 沈宝丽,任武,高本庆,王勇. 电波科学学报. 2003(06)
博士论文
[1]时域积分方程时间步进算法及其快速算法研究[D]. 李金艳.电子科技大学 2013
本文编号：3674531
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3674531.html