数值仿真算法在天线、人工电磁材料与电磁散射等电磁问题分析和设计必不可少。我院杜平老师研究小组近期针对含大规模阵列问题全波分析和特征模分析提出了新的数值算法。

针对复合大规模有限周期阵列-任意目标的宽带电磁散射特性分析，提出了修正简化子全域基函数-特征基函数-改进频率无关反应算法。该算法利用修正简化子全域基函数法和特征基函数法分别对阵列单元和任意形状目标建模，使得未知量显著下降。为了减少宽带分析中阻抗矩阵耗时的问题，采用了改进频率无关反应技术。利用该方法分析了由30×30谐振器阵列和带U形槽的矩形贴片构成的复合结构(如图1所示)的宽带单站雷达散射截面。该方法计算的结果与其他算法分析的结果如图2所示，证明了该算法的精度。与多层快速多极子法(MLFMA)相比，总体分析时间减少了约73%。研究结果发表在天线与传播国际著名期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》,DOI: 10.1109/LAWP.2025.3539657。杜平为第一作者，自然资源部第二海洋研究所郑罡研究员为通讯作者。

   (a)                                                  (b)

  图1 (a)裂环谐振器；     (b)带U形槽的矩形贴片

 图2 30×30谐振器阵列-带U形槽贴片宽带单站雷达散射截面

全波分析能够得到目标的电磁特性，但难以获得物理机理。特征模分析能够获得任意形状目标清晰的物理机理，从而能够节省设计时间。针对复合大规模有限周期阵列-任意形状目标问题的特征模分析，提出了全域基函数-自适应交叉近似算法。采用该算法和其他算法分析了10×10裂环谐振器阵列-蝶形贴片的特征模。前50个模式如图3所示；第37个模式的电流分布如图4所示，验证了新提出算法的精度。与未采用自适应交叉近似的全域基函数法相比，总体时间下降了约60%。研究结果发表在天线与传播国际著名期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》，DOI: 10.1109/LAWP.2025.3527927。硕士研究生童子文为论文第一作者，导师杜平为论文通讯作者。

 图3 不同算法计算的10×10裂环谐振器阵列-蝶形贴片的前50个特征值

                        (a)                             (b)

图4 第37个模式的特征电流分布. (a) 矩量法; (b)我们的算法

上述研究工作受浙江省自然科学基金和国家自然科学基金资助。这些成果能够用于含有限周期阵列问题电磁特性分析以及特征模式分析。

(杜平 文/图  刘梅 审核)