用MoM-PCG-FFT分析金属栅有限阵列的散射问题

本文用矩量法、预条件共轭梯度法和快速傅里叶变换 (Mo M- PCG- FFT)的混合技术来分析金属栅有限阵列的电磁散射问题。首先以等效电流作为未知函数建立积分方程组或积 -微分方程组 ,再用矩量法 (脉冲 /点匹配 )获得一个线性代数方程组 ,其系数矩阵是一个对称二重复Toeplitz矩阵。基于这一特点 ,应用预条件共轭梯度法和快速傅里叶变换的结合算法 (PCGFFT)来求解这个线性代数方程组 ,其中预条件器选用 T.Chan循环预条件器的二重分块形式。文中给出的数值算例表明该混合技术是有效的 ,适用于较大的金属栅有限阵列的分析。

有限阵列结构的电性能优化

将有限阵列结构电性能优化问题统一表示为非线性规划的形式 ,并应用遗传算法和进化规划进行求解。优化过程中采用迭代法进行阵列特性分析并计算相应的目标函数。为提高运算效率 ,种群进化过程中采用逐步增加迭代法迭代次数的计算方案。文中以复线源—有限曲面带栅结构的辐射与散射特性优化为例 ,验证了方法的有效性 。

有限稀疏阵列散射计算的高效自适应积分算法

基于传统自适应积分法(AIM)提出了一种阵列自适应积分法,用于高效处理有限周期阵列和稀疏阵列的散射计算问题。该方法利用5层托普利兹(Toeplitz)矩阵技术解决了传统自适应积分法中冗余栅格点问题,并在此基础上利用零值屏蔽技术来消除远场对近场的干扰,省去近场矫正步骤。该方法还采用块状雅克比预处理来提升迭代求解效率,并使用波程差补偿技术加快远场后处理。仿真结果表明,该方法具有良好的计算精度,计算时间和内存消耗远小于传统AIM,并且不仅适用于有限周期阵列,也能仿真稀疏阵列的散射特性。

一种快速有限周期阵列特征模分析法

周期特征模分析(PCMA)方法是一种有限周期阵列特征模分析数值算法。该方法使用特征向量在每个阵元上定义若干组全域基函数,然后基于全域基函数得到一个压缩广义特征值方程。利用该方程可实现该阵列的特征模分析。与传统方法相比,该方法未知数量显著减少,节省了存储成本和求解时间。然而,广义特征值方程中的矩阵元素计算涉及二重面积分,非常耗时。文章采用等效偶极矩法计算矩阵元素,避免了二重面积分运算,从而节省了计算时间。数值结果表明新方法的结果与PCMA法以及传统分析法结果吻合很好,验证了所提方法的精度。同时,该方法显著降低了求解时间。

基于子阵级非周期的有限扫描阵列研究

对基于子阵级非周期的有限扫描阵列进行研究,采用数值仿真和遗传算法对基于不同子阵规模的非周期阵列进行优化设计,分析4×4和2×2两种子阵规模对接收多波束应用中伴随波束方向图的影响,研究表明子阵规模过大会引起伴随波束方向图的旁瓣抬升,通过减小子阵规模可以避免该问题,论证了设计的基于2×2子阵的非周期八角阵可应用于有限视场扫描相控阵中。

阵列结构辐射与散射特性分析的迭代方法

给出一种适用于有限阵列结构辐射及散射特性分析的迭代方法。该法不受阵列单元排布形式、单元电流分布情况和单元数量的限制 ,对有限周期和非周期阵列的分析都有着较高的计算效率和稳定的收敛性。文中着重以有限周期及非周期带栅的散射分析为例 ,验证了方法的有效性 ,并同有限阵格林函数法 [1] 和逐元法作了比较 。

曲面阵列结构散射与辐射特性的迭代分析

建立了一种适用于曲面有限阵列结构辐射与散射特性分析的迭代方法。首先根据阵列结构相同单元电流分布的相似性 ,对曲面有限阵列单元几何形状和表面电流分布作了两个假定 ,将有限阵格林函数法推广应用于曲面有限阵列结构的分析 ;然后给出曲面有限阵列结构迭代分析的一般公式 ,通过迭代运算来消除两个假定近似的影响 ;最后以有限曲面带栅的散射和线源激励曲面带栅结构的辐射分析为例 ,验证了方法的有效性 ,并同逐元法作了比较 ,给出了有关的数值计算结果。结果表明 :这种迭代法不受阵面曲率变化、单元数量和分布情况的限制 ,对有限周期和非周期阵列的分析都有着较高的计算效率和稳定性。

纳米柱阵列传感器的结构优化设计

采用时域有限差分法(FDTD)对Ag纳米柱粒子构成的三角、方形和六角三种有限阵列排布方式下的局部表面等离子体共振(LSPR)传感特性进行了研究,讨论了三种阵列排布方式下栅格间距的变化对其消光特性、折射率灵敏度(RIS)和品质因素(FOM)的影响。栅格间距的变化使粒子间的电磁耦合发生了变化,进而改变了消光谱线,相应的折射率灵敏度和谱线的半高全宽也都发生变化。仿真结果表明,三角、方形和六角阵列的栅格间距分别为550,475和550nm时,品质因数分别取得极大值10.35,8.92和7.38RIU-1,较单个银粒子的2.76RIU-1分别提高了3.75,3.2和2.67倍。最优时,阵列结构的RIS均比单个的要高,分别为单个的1.2,1.16和1.18倍,且半高全宽(FWHM)均比单个的要窄,分别为单个的0.32,0.36和0.44倍。因此,阵列结构能够获得比单个结构更佳的传感灵敏度,且三角阵列结构比方形阵列和六角阵列的传感灵敏度要高。因此,三角阵列结构更能提高传感灵敏度,这对于纳米粒子的传感特性研究具有一定的指导意义。

有限偶极子天线阵的电磁散射理论研究

研究了一种求解阵元为偶极天线的有限阵列的电磁散射的方法:利用RWG基函数和偶极模型的特殊性,将近似无穷小的偶极天线产生的电流代替由RWG基函数相邻边缘元素产生的电流,此方法有效地计算了散射场。讨论了RWG基函数的基本概念及其在计算阵列散射场中的应用,以极坐标的形式给出了不同的阵元间距、入射频率、入射角度以及不同阵元数目的散射场仿真图形,为其他形式的阵列天线散射特性研究提供了依据。

结合P-FFT算法和特征基函数分析大型阵列散射

特征基函数方法利用特征值分解提取目标散射特征,构造基于特征向量的基函数可以高效的缩减矩量法分析所需的未知量数目,有利于分析有限周期阵列电磁散射或辐射问题。然而,对于电大尺寸电磁阵列散射问题,直接求解由特征基函数组成的矩阵方程,仍然面临着计算量较大等问题,难以适用于单机计算。本文结合特征基函数和预修正傅里叶快速算法求解体面结合积分方程,分析了大型金属介质混合有限周期阵列的散射特性,该算法有效减少了计算量和计算时间,并且改善了迭代求解收敛性能。

有限偶极子天线阵的特性研究

天线阵列的特性决定其应用范围,了解天线特性可以有效地利用其优点传输能量.针对偶极子天线阵,分析了阵元互耦影响和频率特性及其散射特性.主要包括在应用实践和开路电压相结合的方法计算阵列单元互耦的影响的情况下,应用矩量法分析了终端负载,散射场和反射系数随着频率变化的特性曲线,最后给出了阵列大小和入射角度的变化对散射方向图的影响.结果表明,对于半波长的偶极子阵列,当阵元间距为半波长时性能达到最佳.

基于导电橡胶的一种新型类皮肤触觉传感器阵列

本文设计了一种基于导电橡胶的类皮肤柔性触觉传感器阵列,传感器阵列采用交叉排列的两层节点的框架结构,用注射成型(LIMS)的方法进行导电橡胶的整体浇注,通过测量外力作用下导电橡胶的阻值变化,求解出加载在柔性传感器表面上的三维力位置和大小。该设计突破了当前基于盔甲的柔性触觉传感器的设计思路,具有优良力学特性、柔韧性好、抗干扰能力强、在传感器表面可以连续点测量的特性。实验仿真结果表明,在理想导电橡胶的条件下,设计的柔性触觉传感器阵列测量三维力有较高的分辨率和精度,可以满足当前用于作机器人皮肤的需要。

有限衍射超声三维成像及其表面重建方法

为了正确快速地进行超声三维图像重建 ,讨论了有限衍射波束三维脉冲回波成像新方法 ,即使用有限衍射阵列声束一次发射成像 ,不仅成像区域声束不会发生扩散 ,而且可得到高信噪比、高帧率的超声三维图像。针对成像后由获取的数据归一化形成的空间散乱数据场 ,提出了一种新的插值三维重建算法 ,该算法从散乱数据场中自动提取边界 ,首先构造出一个辅助曲面 ,然后通过一种特殊的Hermite插值 ,在数据点的矩形作用域集合内 ,对辅助曲面进行变形 ,进而得到最终的插值曲面。实验结果表明 ,由于该算法无须三角剖分 ,因而计算速度快 。

应用新型Halbach阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机性能分析

本文针对定子为印刷线路板(printed circuit board,PCB)结构的轴向磁通永磁电机的特点,将一种新型的Halbach永磁体阵列应用于该永磁电机中,并对其性能参数进行分析。通过与传统Halbach永磁体阵列的无铁心轴向磁通永磁电机相比可知:应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机在相同尺寸及同等永磁体用量条件下,具有更高的气隙磁密及每极磁通,可获得更高的空载反电势,同时有效地降低了漏磁,使得气隙磁密更接近正弦波,电机的整体性能得到了提升。有限元分析结果和样机的对比试验证明了应用新型Halbach永磁体阵列的PCB定子轴向磁通永磁电机的合理性和有效性。为PCB定子轴向磁通永磁电机的设计提供一定的参考。

基于虚像相位阵列的锯齿形滤波器研究

边缘滤波器被广泛地应用在光纤光栅传感中,其工作原理是将波长偏移量转换成光功率的变化,具有响应速度快、动态检测范围大的优点。为了实现一种周期性边缘滤波器——低损耗锯齿形(JAWS)滤波器,提出并验证了一种有限反射虚像阵列(FRVIA)。FRVIA具有较低的后端面反射率,其输出光强分布、光谱分辨率、输出孔径等方面与VIPA存在显著差异。通过数值仿真,对低损耗滤波器的参数进行优化,实现了占空比高达70%、损耗低于14 dB的低损耗JAWS滤波器。

阵列艾里光束通过梯度折射率介质的光强演变特性

利用光学传递矩阵和广义惠更斯-菲涅耳积分衍射公式,研究了阵列艾里光束在梯度折射率介质中的演化规律。首先,导出了傍轴近似下,空间域内艾里和阵列艾里光束通过光学系统的传输方程。然后,分析了入射阵列艾里光束的二维光强随指数截断因子和光波束腰半径的变化规律。在此基础上,讨论了阵列艾里光束在梯度折射率介质部分横截面上的光强特征和光波传输的周期性特点,并与单艾里光束的传输规律进行了对比。因为大气的随机抖动和渐变折射率光纤都可以抽象为梯度折射率模型,所以相关结论对阵列光束的传输与通信有一定的理论意义。