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阵列天线RCS快速精确计算

孙犇  
【摘要】:本文将周期边界条件应用于总场-散射场划分的有限元(TSFD-FEM)方法中,对阵列天线的电磁散射特性进行分析。首先,采用Mur吸收边界条件对计算区域进行截断,建立了涵盖总场和散射场区域的等价泛函,可以根据需要灵活地得到总场值和散射场值;采用体激励方法在整个总场区强加平面波,可减小入射波在散射场区的泄漏,提高计算精度。为了验证TSFD-FEM算法的有效性和精确性,本文计算了微带天线等复杂介质组成目标单元的雷达散射截面(RCS),并与商用软件的仿真结果进行对比。在此基础上,采用微带天线端口的阻抗加载方法,实现了对天线通道的模拟。为进一步对阵列天线的RCS进行精确分析,根据Floquet定理,采用周期边界条件对计算区域进行截断,计入了单元之间耦合。计算区域的建模和网格剖分均采用Hypermesh软件,从而保证了周期边界上的网格对称。 基于上述周期边界条件的TSFD-FEM方法,借鉴亚全域基函数与有限元(SED-MoM/FEM)混合方法的思想,本文提出了PSED/FEM混合方法,对阵列天线等大规模有限周期结构目标的电磁散射特性进行分析。通过对阵列天线等一维有限周期结构目标的RCS进行计算,并与商用软件的仿真结果进行对比,验证了PSED/FEM混合方法的精确性和有效性。同时,采用TSFD-FEM分别提取OB边界上的总场或散射场作为SED基函数并进行对比,数值算例表明:提取散射场作为SED基函数的计算结果相对更为精确。 为提高算法的计算效率,本文运用OpenMP并行技术对PSED/FEM混合方法进行并行优化。将TSFD-FEM中的矩阵求解模块和SED-MoM中的阻抗矩阵填充模块分别进行并行,仿真结果表明,经过这样的并行处理后,TSFD-FEM和SED-MoM在8CPU工作站上的最大加速比可分别达到4.51和6.72,从而实现了PSED/FEM的高效分析。


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