1、三維非均勻介質體電磁特性的研究對天線罩、電磁隱身、地下目標探測以及生物醫(yī)學技術等領域都具有重要意義。針對不同電尺寸的三維復雜結構非均勻介質體的電磁問題，本文深入研究了體積分方程矩量法(VIE—MoM)及物理光學(PO)法的快速計算技術，在復雜介質目標CAD建模及網(wǎng)格剖分、VIE—MoM快速算法、薄層介質結構的快速分析方法以及電大尺寸雷達罩的PO快速分析技術等方面取得了進展，并自主開發(fā)了快速分析復雜結構天線罩電磁特性的應用軟件。

2、1.精確建立目標的幾何模型并獲取網(wǎng)格剖分數(shù)據(jù)是電磁問題數(shù)值分析的必要前提。本文借助成熟的CAD/CAM商用化軟件，針對復雜曲面外形多層結構等三維介質目標的精確建模和網(wǎng)格自動剖分問題，通過基于分界面生成實體模型的方法，有效地解決了在復雜形狀分界面處四面體網(wǎng)格的匹配問題，為任意多層介質結構的電磁分析提供了準確的幾何數(shù)據(jù)文件?；贑AD商用軟件并結合自行編寫的專用程序，提出了一種具有通用性的非規(guī)則外形變厚度天線罩內表面的幾何建模方法，并應用于

3、現(xiàn)代復雜結構雷達罩的實體模型的建立。 2.在非均勻介質體積分方程矩量法(VIE—MoM)分析中實現(xiàn)了多層快速多極子算法(MLFMA)加速技術，大大地提高了VIE—MoM分析任意三維非均勻介質體的計算效率，降低了內存需求。提出了一種高效的求解矩量法方程組的近場預條件技術的實現(xiàn)方法，并應用于VIE—MoM/MLFMA中，有效地改善了大型矩陣方程迭代求解的收斂速度。此外，在迭代過程中，當相對留數(shù)誤差達到一定的臨界值時，采用近似矩陣向量

4、乘積方法，減少單步的迭代時間，從而大大減少整個迭代過程的計算時間。計算實例表明，采用這兩種加速技術，能夠十分有效地提高VIE—MoM大型矩陣方程GMRES迭代求解速度。 3.研究了VIE-MoM在分析介質目標頻域特性和角度域響應時的兩種快速計算技術。在頻域內，通過在VIE—MoM/MLFMA中引入有理函數(shù)插值相技術，實現(xiàn)了不同頻率點上近場阻抗矩陣元素的快速填充，有效地提高了VIE—MoM分析寬帶問題的計算效率。對于相控陣天線寬角

5、掃描激勵情況，提出了一種求解介質目標電通量展開系數(shù)的快速方法，分析其角度域響應問題。通過建立VIE-MoM中的電通量展開系數(shù)與波束掃描角的關系式，根據(jù)波束掃描角直接求解展開系數(shù)，避免了在不同入射角條件下重復求解VIE—MoM大型矩陣方程的過程，極大地提高了計算效率。 4.應用將三重體積分方程(VIE)退化為二重面積分方程(SIE)的技術并結合MLFMA，有效地解決了薄層介質結構電磁特性的快速分析問題。利用薄層介質中非掠入射情況下

6、，場量切向分量占優(yōu)和沿法線方向近似不變的特點，將三重VIE退化為二重SIE，不僅降低了數(shù)值積分的復雜度，而且大大減少了未知元數(shù)目，避免了超薄介質層的實體建模和四面體網(wǎng)格剖分困難、難于直接采用VIE—MoM分析的問題。在退化的SIE矩量法分析中，還對其實現(xiàn)了MLFMA加速技術，進一步提高了計算效率。在此基礎上，建立了薄層介質結構退化的SIE與傳統(tǒng)的理想導體SIE的耦合積分方程，應用于薄殼介質罩與線天線及其金屬載體一體化的電磁特性的快速分析

7、計算。 5.基于PO原理，結合CAD/CAM技術，研究并實現(xiàn)了電大尺寸復雜外形多層介質體電磁特性的快速分析技術。導出了具有半解析形式的面元散射場的PO計算公式，降低了目標表面剖分尺度要求，減少了計算時間和內存消耗。采用了口徑積分-表面積分(AI—SI)分析非規(guī)則外形變厚度的電大尺寸雷達罩的電性能，并結合射線追蹤法解決了由反射場引起的鏡像瓣的快速計算問題。最后，建立了弱耦合的PO與VIE—MoM及其快速算法的混合技術模型，為分析電

8、大尺寸薄層介質結構與電小尺寸復雜介質體的組合目標的散射特性打下了基礎。 6.針對具體的工程需求，借助于前面所介紹的復雜目標的幾何建模以及網(wǎng)格離散技術，開發(fā)了適應于復雜外形、復雜介質結構的雷達罩的電性能分析的工程應用軟件。該軟件系統(tǒng)集成了VIE—MoM、MLFMA、大型矩陣快速求解技術以及AI—SI技術結合射線追蹤技術的核心算法，具有計算精度高、對罩體形狀和材料構造的通用性強、支持多種激勵方式、工程參數(shù)提取方便等特點，可應用于不同