高频近似方法在FEKO仿真原理与应用中的工程成果

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：FEKO软件支持物理光学、大面元物理光学、几何光学、一致性绕射理论等高频算法。式中用物理光学表面电流密度来近似物体表面上的感应电流。采用物理光学方法能快速地计算电大尺寸目标体的特性，而且结果的精度可以满足工程需要。物理光学积分是在非封闭的表面亮区单元上进行的，目标体表面暗区一侧的场为零，FEKO中的物理光学方法对暗区场值作了修正，所以能够保证计算精度。

FEKO软件支持物理光学、大面元物理光学、几何光学、一致性绕射理论等高频算法。

物理光学（Physical Optics）方法是一种基于表面电流的方法，它应用积分方程的表达形式，并且遵循物理上合理的高频假设，即由物体上某一点对该物体其他点的散射场的贡献和入射场相比是很小的。因此，表面上每一点的总场为H_T=H₀+H_s≈H₀，这里H₀为入射场，H_s为物体其他部分散射的场。由于H_s不再出现在积分号内，因此使得关于散射场的表达式大为简化。

式（2-53）中用物理光学表面电流密度来近似物体表面上的感应电流。式中，是表面单位法向线矢量，因子2用以满足理想导体表面的边界条件。由入射场确定的表面切向场，可看作散射场的电流源：

式（2-53）中积分可以解释为表面上的各惠更斯子波的叠加，其中格林函数的梯度∇ϕ可粗略地解释为惠更斯子波。应用物理光学方法要求给定几何结构和入射场。所以PO具有如下性质：

1）PO积分是在非封闭的表面亮区单元上进行的。

2）物体表面切平面上的总场是用入射场来表示的，这里散射表面的曲率半径远大于波长λ。

3）散射体表面暗区一侧的场为零。(https://www.chuimin.cn)

当入射场照射到散射体表面上并在表面亮区感应其物理光学电流时，只有镜面反射点附近的那些电流才对散射场有贡献。这些电流也就是射线光学反射点附近的电流。所以，当PO用于远大于波长的表面上时，仅仅在反射点附近的区域才产生散射。

由前可知，目标表面的总场大小由入射电场决定，当电磁波入射到散射体面上时，有的区域能被电磁波照射到，有的区域却照射不到，如图2-13所示，被照射区域称为亮区，亮区的总场为非零，而照射不到的暗区的总场却为零，这是物理光学法的主要缺点之一。该方法的另一个主要缺陷是没有考虑散射体上的边缘、尖劈等不连续处所产生的电流对散射的贡献，故其计算结果在反射方向的近轴方向才有较好的计算精度，而在大角度辐射区内的计算结果偏差较大。

图2-13 物体表面亮区和暗区的划分示意图

物理光学理论通过对感应场的近似积分得到空间场，入射波照射到目标体表面，在表面亮区产生感应电流。采用物理光学方法能快速地计算电大尺寸目标体的特性，而且结果的精度可以满足工程需要。物理光学积分是在非封闭的表面亮区单元上进行的，目标体表面暗区一侧的场为零，FEKO中的物理光学方法对暗区场值作了修正，所以能够保证计算精度。

大面元物理光学（Large element Physical Optics）对基函数相位进行修正，采用与波长相当甚至几个波长剖分模型，大大降低了目标的网格规模。大面元物理光学三角基函数为

由上式可见，大面元物理光学对基函数进行相位修正，因此三角单元可以采用数倍波长进行划分，相对传统物理光学，网格数大幅减少，减少内存需求，该技术非常适合计算光滑结构的超电大尺寸平台天线布局和雷达隐身问题。

高频近似方法在FEKO仿真原理与应用中的工程成果

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