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有限元法(FEM)是计算电磁学的主流方法之一,它对于复杂边界结构和非均匀介质问题具有很强的处理能力。本文采用有限元法为基本方法,结合完全匹配层(PML)吸收边界条件、曲面和高阶基函数、区域分解技术,对电磁散射问题进行了研究,主要工作包括以下几个方面:
⑴介绍了有限元法结合各向异性的PML用于电磁散射问题的研究。采用该方法,分别计算了金属体、介质体和金属加介质体的雷达散射截面(RCS),计算结果表明,该方法能够比较准确地分析物体的散射特性。
⑵介绍了一种局部共形PML。该方法通过将PML内部节点坐标按照一定的映射关系,由实数域映射到复数域,通过其虚部数值达到吸收散射场的效果。采用该PML结合前面的有限元方法,计算了表面形状复杂的物体,计算结果表明该PML具有很好的吸收效果,能够有效地减小计算的未知量。
⑶引入了曲面和高阶基函数的概念。曲面单元能够以较少的单元更好地拟合散射体表面,从而提高计算的效率。高阶矢量有限元方法在相同的计算精度的要求下,可以采用电尺寸更大的网格离散,以降低未知量的个数。
⑷为了提高有限元方法计算电大尺寸物体散射的能力,将区域分解法结合前面的有限元方法,将散射体整个计算区域分割为若干予域进行计算,从而缓解了内存需求,并利用子域的几何重复性,只用分析其中几个典型的了域即可,从而达到快捷地分析电大尺寸问题。