有限元法电磁散射特性分析

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有限元法电磁散射特性的分析

电磁散射计算模型
导读：复合网格法在电磁散射问题中的应用研究，电磁散射问题中的频域有限元算法，电
磁散射的高效混合计算方法，电磁散射问题的有限元分析，电磁散射特性仿真研究，电磁散射计算模型。
中国学术期刊文辑（2013）
目录
一、理论篇基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析 1 基于矩量法的线天线电磁散射和电磁辐射分析 7 基于平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析 13 基于辛算法海面与目标电磁散射研究 18 介质粗糙面及其与上方目标的复合电磁散射 21 介质目标电磁散射特性的多层特征基函数法分析 24 介质涂层金属圆柱体有限元法电磁散射特性的分析 29 金属介质涂覆的 S 形扩压器电磁散射特性 30 矩量法对一维介质粗糙射问题 42 均匀回旋介质椭圆柱体对垂直入射波的电磁散射 47 二、发展篇均匀介质中衍射光栅的电磁散射 51 雷达目标电磁散射特性仿真与测量 56 两相邻有限长圆柱的复合电磁散射研究 61 某型轮式自行突击炮电磁散射场特性与表面电流分布 69 偏心介质柱电磁散射 73 浅谈物理光学法在导体与涂层目标电磁散射中的应用张文弢 78 任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析的 Z 变换方法 80 三维目标建模与电磁散射特性仿真成像 86 三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究 90 沙丘粗糙面的二次极化电磁散射 96 双尺度法下改进分形海面电磁散射特性研究 104 水面目标复合电磁散射的并行迭代快速计算 110 随机粗糙面电磁散射特性的研究方法 116
第４卷第１期２０１３年２月
航空工程进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．４Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１３

电磁场数值模拟方法研究与应用

电磁场数值模拟方法研究与应用随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，电磁场数值模拟也越来越成为现代电磁学研究和应用领域中不可或缺的手段。

电磁场数值模拟是通过数学方法和计算机计算，模拟电磁场在空间中的分布、演变和作用规律，从而为电磁场的分析、设计、控制和优化提供基础和依据。

一、电磁场数值模拟方法1. 有限元法有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种广泛应用于电磁学领域的数值模拟方法。

该方法将电磁问题离散化为一系列局部问题，在每个局部问题中，通过解决一个代表导体和介质的区域内所能发生的任何电磁过程的方程，来确定局部场分布。

最后，通过组合这些局部场，来得到整个电磁场分布。

有限元法是一种适应性强的方法，能够处理任意复杂的几何形状和材料特性，广泛应用于电动机、变压器、电力电子器件等领域的设计和分析。

2. 有限差分法有限差分法（Finite Difference Method, FDM）是一种将区域划分为网格，通过对每个网格内的方程进行差分，建立离散的求解方程组来模拟整个电磁场分布的方法。

该方法简单易行，特别适用于规则区域的情况，如平面波导、电磁谐振腔等的分析和设计。

3. 时域有限差分法时域有限差分法（Finite Difference Time Domain, FDTD）是一种基于时域求解Maxwell方程的数值模拟方法。

该方法将Maxwell方程组离散化、网格化后，采用差分法对时间和空间进行离散，通过迭代求解来计算电磁场在时域的分布变化。

FDTD方法具有模拟宽带高频信号、自然分析非线性、高精度等优点，在雷达、无线通信等领域有广泛应用。

二、电磁场数值模拟应用1. 电子设备设计电磁场数值模拟可用于电子设备的设计和优化。

例如，可以使用有限元法和时域有限差分法来对电子器件进行仿真模拟，分析其电磁场分布、电场强度等参数，以优化电路传输、EMC抗干扰等性能。

2. 电磁兼容性分析电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是评估电子设备互相之间及其周围电子环境中的电磁干扰程度的一种能力。

分析电磁波在介质中的吸收和散射特性

分析电磁波在介质中的吸收和散射特性电磁波在介质中的吸收和散射特性是一个重要的研究领域，它在无线通信、光学、材料科学等众多领域具有重要应用。

本论文旨在探讨电磁波在介质中的吸收和散射特性，分析其影响因素和应用。

引言：电磁波是由电场和磁场相互耦合形成的波动现象，在空气等真空环境下传播的速度是常数，而在介质中传播速度会发生改变，并且会发生吸收和散射现象。

电磁波在介质中的吸收和散射特性对于电磁波在介质中的传播和应用具有重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。

一、电磁波在介质中的吸收特性分析：1. 介质中的吸收机制：介质中的吸收机制主要包括电子吸收、振动吸收和转动吸收。

其中，电子吸收是指电磁波的电场对介质中的自由电子进行作用，当电子受到电场作用而产生位移时会导致电子能级的变化，从而发生能量的吸收现象。

振动吸收和转动吸收则是介质中分子或原子发生振动或转动运动时吸收电磁波能量的现象。

2. 介质的吸收特性：介质的吸收特性主要由介电常数和磁导率来描述。

介电常数是介质对电场的响应能力，其实质上是描述了介质中电荷的运动能力；磁导率则是介质对磁场的响应能力，其实质上是描述了介质中磁性物质的特性。

介质的吸收特性与其介电常数和磁导率的实部和虚部有关，实部描述了介质中电磁波的传播速度，虚部描述了介质中电磁波能量的损耗程度。

3. 影响电磁波吸收的因素：电磁波在介质中的吸收强度受到多种因素的影响，例如波长、频率、介质的材料和结构等。

波长和频率与介质分子或原子的振动和转动特性相关，而材料和结构的形态则可以通过调节介质的吸收特性来控制电磁波的吸收强度。

二、电磁波在介质中的散射特性分析：1. 介质中的散射机制：介质中的散射主要由散射体对电磁波的相互作用引起。

散射体可以是介质中的微观颗粒（如气溶胶、尘埃等）或表面粗糙度等，当电磁波通过介质时会与这些散射体发生作用而改变传播方向和能量分布。

2. 介质的散射特性：介质的散射特性主要由散射截面和散射角度分布来描述。

cst中的电磁散射

cst中的电磁散射
CST中的电磁散射指的是在电磁场中物体的散射现象。

在CST（Computer Simulation Technology）软件中，可以通过模拟和分析电磁场中物体的散射来研究材料的性质、电磁波的传播和反射等。

这对于设计和优化无线通信系统、雷达系统、天线和传感器等设备非常重要。

CST软件使用有限差分时间域（FDTD）方法或有限元方法来模拟电磁散射。

它可以根据物体的几何形状和材料特性来计算电磁波的散射和反射。

通过模拟和分析，可以了解不同材料和物体对电磁波的响应。

可以通过调整材料特性、物体形状和尺寸等参数来优化散射效果。

通过CST中的电磁散射分析，可以研究不同频率的电磁波在物体上的散射特性。

可以获得反射系数、散射截面、散射方向图等指标来评估物体的散射性能。

总而言之，CST中的电磁散射是指利用数值模拟方法来研究物体在电磁场中的散射现象，可以用于优化设备设计、研究材料特性等应用中。

应用有限元-边吸收边界条件分析二维导体柱的电磁散射

建立一个数组ｔ（Ｓ，ｌｆ）存储边界ｒ上Ｓ，０
３吸收边界条件
虚构边界厂上的边界条件可由一阶和０
二阶吸收边界条件给出：
＋
第个线段第个结点的全局编码。每将个加到１（，上，可得到一阶ｆ）即
１引言
近年来，用雷达吸波材料（Ｍ）制使ＲＡ抑目标的散射成了电磁领域中一个热门的研究领域，目标ＲＣ的精确预估就成了目标而ＳＲＳＣ减缩和目识别的一个重要手段。标因此，目标ＲＣ的理论计算方法就显得尤为重要。Ｓ此类问题在数值分析中主要需解决两个问题，介质的描述和无限大的求解区即域的截断问题。于介质的描述主要采用对基于微分方程的计算方法，有限元方法如（Ｅ）关于无限大求解区域的截断问题的ＦＭ；解决方法基本有两种类型的开域边界条件，部边界条件（ｏａｏｎａｙｏ－局ＬｃｌｕｄｒＣｎＢｄｔｎ）ｉｏ和全局边界条件（ｏｂｌＢｕｄｒｉＧｌａｏｎａｙＣｎｉｏ）本文主要使用最常用的局部边ｏｄｔｎ。ｉ界条件即吸收边界条件（ＡＢＣ来求解开区）域二维导体柱的电磁散射问题的有限元解。文不讨论吸收边界条件的推导和特本性，给出一阶和二阶边界条件的具体形只式；以二维散射问题为例，出有限元的并给分析过程及有限元解。

电磁场分析有限元法

第3章新型混合磁极永磁电动机的计算分析方法3.1 前言新型混合磁极永磁电机的计算分析方法是进行本课题研究需要首先解决的问题。

由于新型混合磁极永磁电机是一种全新的电机，没有现成的解析计算公式，且解析计算也难以把握电机的各种非线性的复杂因素，无法准确的计算、分析和研究这种电机。

因此，采用电磁场数值计算方法是必要的选择。

本章阐述了基于有限元法的电磁场计算分析方法、齿磁通计算分析方法和交、直轴电抗的计算分析方法。

3.2 电磁场计算分析方法电机计算方法通常有磁路法和电磁场法。

磁路法的计算精度不高，处理基波时对电机设计具有一定的指导意义。

电磁场法能够处理饱和、谐波、涡流以及齿槽的影响，尤其在计算机普遍应用的今天，磁场法以其精度高等优势得到了广泛的应用。

有限元法是将所考察的连续场分割为有限个单元，然后用函数来表示每个单元的解，在求得代数方程之后再引进边界条件，因为边界条件不进入单个有限单元的方程，所以能够采用同样的函数。

采用电磁场有限元软件对新型混合磁极永磁电机的电磁场进行有限元分析，我们可以得到矢量磁位AZ、磁场强度、磁感应强度等结果和磁力线、等磁位线等曲线，从而了解该电机内部的磁场分布情况。

根据电磁场分析结果，通过绕组与磁场的感应关系即可求得基波绕组和三次谐波绕组的电势波形和大小。

课题组提出了齿磁通法对电机磁场进行计算。

采用齿磁通法计算电机磁场时，需要至少旋转一个齿距下的的磁场情况，因此计算量较大，但能够得到绕组电压值和波形，其精度也较高。

有限元计算分为以下几步：第一、建立有限元模型，确定求解区域。

第二、分配电机材料，铁磁材料与气隙的分配与普通电机分配相似，在分配永磁材料时，需注意永磁材料的矫顽力方向，同时在永磁材料分配应确定永磁材料是径向磁通；文中选定是径向磁通。

第三、网格剖分，选定网格类型，再对六极混合磁极永磁电机有限元模型进行网格剖分。

第四、对电机模型进行施加电流密度，求解得出AZ值。

创建模型：创建一个模型的顺序是由点到线、由线到面，这一部分的工作在Preprocessor的Modeling完成。

电磁仿真算中的有限元法

1电磁仿真算法中的有限元法1.1常规的电磁计算方法简介从上世纪50年代以来,伴随着计算机技术的进步,电磁仿真算法也蓬勃发展起来,这其中主要包括:单矩法、矩量法和有限元法等属于频域技术的算法; 传输线矩阵法、时域积分方程法以及时域有限差分法等属于时域技术的算法。

除了这些以外, 还有属于高频技术的集合衍射理论等。

本文根据国内外计算电磁学的发展状况,对日常生活中比较常用的电磁计算方法做了介绍,并对有限元法做了重点说明。

⑴矩量法矩量法属于电磁场的数值计算方法中频域技术的一种, 它的基本原理是利用把待解的微积分方程转化成的算子方程, 然后将由一组线性组合表示的待求函数代入第一步中的算子方程, 然后将算子方程转化成矩阵方程, 最后再通过计算机进行大量的数值计算从而得到数值结果。

该方法在求解非均勻和不规则形状对象时,面很广,但会生成病态矩阵,所以会在一定程度上受到限制。

矩量法的特点就是适用于求解微积分方程, 并且求解方法统一简单。

但缺点就是会占用大量计算机内存,影响计算速度。

(2)单矩法单矩法是一种解析方法和数值方法相结合的混合数值算法法,该方法的关键在于,如何合理的选择一个球面最小的半径,使得能够将分析对象的结构全部包含在内,以便将内外场进行隔离。

外边的散射场单独使用其他函数表示,而包围的内部区域使用有限元法亥姆赫兹(Helmholtz)方程。

此方法对于计算复杂形体乃至复杂埋入体内的电磁散射是种极为有效的手段。

(3)时域有限差分法时域有限差分法(FDTD）近几年来越来越受到各方的重视, 因为一方面它处理庞大的电磁福射系统方面和复杂结构的散射体时很突出,另外一方面则在于它不是传统的频域算法, 它是种时域算法, 直接依靠时间变量求解麦克斯韦方程组,可以在有限的时间和体积内对场进行数据抽样, 这样同时也能够保证介质边界条件自动满足。

吋域有限差分法可以看作是在时域内对空间电磁波传播过程的数字拟合,它是法拉第电磁感应定律的很好体现。

高频散射问题的边界截断和有限元方法李勇霖

高频散射问题的边界截断和有限元方法李勇霖高频散射问题是指在高频场下物体表面的电磁波散射问题。

这类问题在雷达、通信、医学成像等领域有着广泛的应用。

然而，由于高频散射问题具有高阶微分方程和复杂的边界条件，常规的数值方法难以有效地解决这类问题。

为此，边界截断和有限元方法成为了解决高频散射问题的有效途径。

边界截断方法通过在物体表面上引入截断面，将复杂的边界条件转化为简单的截断条件，从而简化了问题的求解。

同时，边界截断方法还可以与其他数值方法相结合，形成多重网格方法，提高计算效率。

另一方面，有限元方法则是通过将物体表面划分为许多小的三角形或四边形来离散化问题，从而将高阶微分方程转化为一组线性方程组。

有限元方法具有通用性和灵活性，可以适应不同形状和大小的物体，并且可以处理复杂的边界条件。

在实际应用中，边界截断和有限元方法常常相结合，形成边界元法。

边界元法通过将物体表面分解为小的单元，并在节点上断开边界，将问题转化为一个只涉及边界上的积分方程。

这种方法不需要求解内部场，只需要求解边界场，因此可以大大降低计算复杂度。

总的来说，边界截断和有限元方法是解决高频散射问题的有效途径。

随着计算机技术的不断发展，这些方法在实际工程中的应用也越来越广泛。

我们相信，通过不断的研究和探索，这些方法将会在更多领域发挥出更大的作用。

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第４卷第１期２０１３年２月
航空工程进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．４Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１３
（）文章编号：１６７４８１９０２０１３０１０３７０６－－－
电磁散射计算模型ห้องสมุดไป่ตู้
导读：复合网格法在电磁散射问题中的应用研究，电磁散射问题中的频域有限元算法，电
磁散射的高效混合计算方法，电磁散射问题的有限元分析，电磁散射特性仿真研究，电磁散射计算模型。
中国学术期刊文辑（2013）
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一、理论篇基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析 1 基于矩量法的线天线电磁散射和电磁辐射分析 7 基于平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析 13 基于辛算法海面与目标电磁散射研究 18 介质粗糙面及其与上方目标的复合电磁散射 21 介质目标电磁散射特性的多层特征基函数法分析 24 介质涂层金属圆柱体有限元法电磁散射特性的分析 29 金属介质涂覆的 S 形扩压器电磁散射特性 30 矩量法对一维介质粗糙面电磁散射的计算 39 矩量法中引入压缩感知求解三维电磁散射问题 42 均匀回旋介质椭圆柱体对垂直入射波的电磁散射 47 二、发展篇均匀介质中衍射光栅的电磁散射 51 雷达目标电磁散射特性仿真与测量 56 两相邻有限长圆柱的复合电磁散射研究 61 某型轮式自行突击炮电磁散射场特性与表面电流分布 69 偏心介质柱电磁散射 73 浅谈物理光学法在导体与涂层目标电磁散射中的应用张文弢 78 任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析的 Z 变换方法 80 三维目标建模与电磁散射特性仿真成像 86 三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究 90 沙丘粗糙面的二次极化电磁散射 96 双尺度法下改进分形海面电磁散射特性研究 104 水面目标复合电磁散射的并行迭代快速计算 110 随机粗糙面电磁散射特性的研究方法 116
基于矩量法的机身截面电磁散射特性分析
姬金祖，王岩，黄沛霖，王英，鲁振毅
（）北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京１００１９１、 “ 摘要：机身截面隐身设计是飞行器外形隐身设计的一个重要的方面。设计 “ 凹曲面” 凸曲面” 和“ 平板曲，面” 三种典型的隐身飞机机身截面轮廓，采用矩量法（计算三种轮廓的雷达散射截面（并对表面电ＭｏＭ）ＲＣＳ）流密度分布进行研究。分析Ｒ比较各截面的隐身性能。分析结果表明：凹曲面和凸ＣＳ随方位角的变化特性，曲面机身可以有效降低侧向Ｒ其中凸曲面的隐身效能更佳；平板曲面机身除正下方一个很窄的波峰外，侧ＣＳ，在对抗仰视雷达时具有很好的隐身性能。向和下方ＲＣＳ都很小，关键词：矩量法；电磁散射；雷达散射截面；隐身技术中图分类号：Ｖ２１８文献标识码：Ａ
ＳｔｕｄｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｎｅｔｉｃＳｃａｔｔｅｒｉｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｙｇｇＳｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＭｏｍｅｎｔＦｕｓｅｌａｅｇ