基于积分方程区域分解法的天线平台一体化电磁建模研究

The electromagnetic modeling of the integrated model of antennas and platforms is one of hot topics in modern electronic information area. However, these integrated models are always typical multi-scale objects. They include not only complex materials but also complex geometric structures. If traditional numerical methods are used to solve these multi-scale problems, it is very hard to generate high-quality meshes and will also lead to ill-conditioned matrices. To solve the above problems, we will conduct the following research under the integral equation domain decomposition method (IE-DDM) framework:. (1) The multiple-traces domain decomposition method (MT-DDM) will be developed for solving the electromagnetic scattering from multi-layers dielectric objects. In the MT-DDM, only transmission conditions (TCs) are used to enforce the continuity of fields. The MT-DDM can not only simplify the geometric modeling procedures but also improve the efficiency of electromagnetic modeling.. (2) A global-local coupling hybrid equations domain decomposition method (HyE-DDM) will be developed for the electromagnetic modeling of integrated model of microstrip antennas and platforms. . (3) High efficient preconditioners will be developed to improve the iterative convergence property of domain decomposition method.. This research will build robust and efficient numerical tools available for analysis of integrated model of complex antennas and platform, in the framework of IE-DDM. The research achievements will be widely applied in the radar characteristic computation and electromagnetic compatibility simulation of complex objects, and have very important academic and application value.

复杂天线平台一体化数值建模是电子信息领域中迫切需要解决的热点问题之一。然而，由于材料、结构的复杂以及几何上的多尺度特性，传统数值方法求解该问题时不仅计算效率低下，而且几何建模也十分繁琐复杂。为了解决该类难题，项目拟基于积分方程区域分解法（IE-DDM）框架开展相应研究。具体包括：（1）针对多层介质罩的电磁散射，研究一种仅由传输条件耦合连接的新型多区域积分方程区域分解方法（MT-DDM），以提高传统方法的求解效率，简化几何建模。（2）探索由传输条件全局、局部耦合连接的混合方程区域分解算法（HyE-DDM），适用于微带天线和平台一体化散射、辐射计算。（3）研究区域分解算法的预条件技术以改善矩阵的迭代收敛性。最终，发展出用于复杂天线平台及介质罩一体化精确高效计算的非重叠、非共形区域分解方法。研究成果将用于复杂天线平台的雷达特性分析及电磁兼容计算等方面，具有重要的学术意义和实际工程价值。

由于计算精度高，积分方程方法广泛用于各类电磁散射与辐射问题数值分析。然而，随着技术的进步，在现代计算机辅助工程中进行平台天线一体化电磁仿真的需求越来越强烈。由于材料、结构的复杂以及几何上的多尺度特性，传统的积分方程方法方法求解该问题时不仅仅电磁计算困难，几何建模也十分繁琐复杂。.通过本项目的研究，开发了一种混合第一类、第二类Fredholm积分方程的新型电场/混合场积分方程，改善了传统的用于微带天线散射、辐射求解的EFIE-PMCHWT方程 .作为第一类Fredholm积分方程，所导致的收敛性差，并不适合电大多尺度问题的求解的困难。在保证求解精度的前提下，有效的改善矩阵的收敛。同时针对多层介质目标的电磁散射问题分析，本项目研究了一种局部耦合的多区-区域分解算法区域分解算法，在该区域分解法中，不同的介质层之间仅仅存在局部耦合，避免了传统连接区模型（CRM）由于全局耦合所导致的巨大内存消耗，同时有效的改善迭代收敛。可以有效的用于平台上介质罩的电磁建模分析。针对复杂金属介质涂覆目标的电磁散射特性求解，本项目提出了一种新型的Robin传输条件来保证对应区域的电流，磁流的边界条件。该方程相比较于传统的EFIE-PMCHWT在保证求解精度的同时，具有更好的迭代收敛。. 本项目已经在国内外重要期刊上发表SCI检索论文5篇，会议论文1篇，均标有资助号。