基于子陣策略和區(qū)域分解矩量法的電磁散射分析方法

馬 驥，王浩放，馬蓓麗，張 帥

(1.中國電子科技集團公司第二十七研究所，鄭州450047；2.西安電子科技大學(xué)，西安710071)

周期結(jié)構(gòu)(periodic structure，PS)最早是由美國科學(xué)家Rittenhouse通過觀察發(fā)絲制成的等間距柵格對日光的衍射現(xiàn)象提出的[1]。經(jīng)過半個多世紀(jì)的研究，周期結(jié)構(gòu)的頻率/空間濾波特性在軍事和民用的多個方面得到了廣泛應(yīng)用，對該結(jié)構(gòu)的研究也遍及微波、紅外及可見光等多個波段[2]。

如今，周期結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于微波和光學(xué)工程中，如柵格(grating)、頻率選擇表面(FSS)及光子晶體(photonic crystals，PC)等。以FSS為代表的周期結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于各種機/彈/艦載雷達艙的隱身設(shè)計。雷達艙是各類武器系統(tǒng)的主要強散射源，對隱身性能要求較高的飛機和其他武器雷達系統(tǒng)來說，采用FSS雷達罩是實現(xiàn)天線艙雷達隱身的有效手段，因此研究其電磁特性非常重要。目前，在計算電磁學(xué)領(lǐng)域，處理周期結(jié)構(gòu)最常用的方法是把整個結(jié)構(gòu)看成無限周期，根據(jù)Floquet定理[3]或周期Green函數(shù)[4]，將計算區(qū)域限制在一個單元上，可極大地簡化問題。然而，在工程實際中，并不存在無限周期結(jié)構(gòu)，所有周期結(jié)構(gòu)的尺寸都是有限的，所以，采用Floquet定理無法準(zhǔn)確反映單元之間的互耦及邊緣效應(yīng)。為更準(zhǔn)確地研究有限周期結(jié)構(gòu)，需同時考慮所有單元，這往往面臨電大尺寸有限周期問題。

矩量法(method of moments，MoM)[5]作為一種嚴(yán)格的積分方程方法，在電磁輻射和散射等電磁特性問題研究中的應(yīng)用較廣泛。由于MoM方法需要求解滿秩的線性方程組，當(dāng)未知量個數(shù)為N時，傳統(tǒng)MoM的計算復(fù)雜度為O(N2) ，直接求解和迭代求解的計算復(fù)雜度分別為O(N3)和O(N2)。……