天线的近场分析在近场通信 (NFC)、电磁兼容 (EMC)、阵列天线设计等领域越来越受到关注。准确高效的近场分析方法对于近场的分布控制和引导机制等有着重要的作用。本文针对典型天线磁偶极子 (电小线圈 )的近场进行了初步的理论研究，主要分析了磁偶极子的近场平均能量密度分布、有功功率和无功功率的关系和分布。并通过磁偶极子的场分量计算平均坡印廷矢量，从而定性分析了线圈“储能”和“辐射能量”的关系，同时根据平均坡印廷矢量给出了电小线圈的近场“储能”中能量流动的物理图像。本文还计算了磁偶极子的平均电场能量密度和平均磁场能量密度，并进一步分析了二者的分布以及比较了二者的大小关系。

针对基于空间功率合成的空馈平面反射阵(FLAPS)型高功率微波辐射器的高效率电磁仿真需求, 应用积分方程方法结合多尺度混合电磁建模技术MLFMA-MLACE进行问题的电磁建模及求解, 主要过程包括: 针对设计模型进行多尺度几何建模; 在宏观层面采用多层快速多极子加速矩矢相乘; 在微观层面采用多层笛卡尔展开加速求解。结合W波段的FLAPS初步模型, 利用传统多层快速多极子技术(MLFMA)进行了精度验证, 对于混合方法在仿真中的适用性、模型等效处理程度的影响以及计算成本等进行了分析。结果表明, 该方法在内存及计算时间方面显著地提高了效率, 论文还对后续改进方向进行了讨论。

针对口径天线及其近区任意厚均匀介质体的复杂系统，应用表面积分方程（SIE）方法结合模式匹配方法（MM）建立了模式激励的新型一体化电磁模型。在馈电端口采取模式匹配方法模拟了波导中的激励情况，将金属壁处理为理想导电体，并在金属壁上利用边界条件建立电场积分方程（EFIE）；利用零场等效原理在介质体内外表面分别建立电场积分方程和磁场积分方程（MFIE），并组合内外表面建立的电场积分方程和磁场积分方程为PMCHW方程；最后使用矩量法对所建立的EFIE-PMCHW-MM组合方程进行求解。文中结合喇叭天线设计了两个典型算例，所提混合方法EFIE-PMCHW-MM给出的数值结果与商用软件FEKO高度一致，且在求解口径天线与近区厚介质体耦合问题时由于未知量显著减少，大幅度提高了仿真效率，降低了计算机资源消耗。

在电磁场积分方程方法框架下，应用等效原理求解了半空间背景下目标的电磁散射问题，可针对目标仅处于半空间界面单侧及目标跨越半空间界面处于半空间两侧的几何相对位置。与传统的半空间格林函数计算方法不同的是，这一方法使用的是各自介质的自由空间格林函数，因此可以回避索墨菲积分并且可以很方便与快速算法(如多层快速多级子)相结合，并对求解临近半空间界面的目标获得较好的收敛性。在等效原理方法中需要用有限的界面等效无限大半空间界面，因此采用了锥形入射波以降低开放边界引起的边缘效应。不同于一般目标的远场雷达散射截面表达，在该模型下，半空间电磁散射的远场描述需要用差场雷达散射截面。给出的算例能与现有文献以及仿真软件很好的吻合，并可作为实用工具分析半空间背景对目标远场响应的影响。

针对具有电大尺寸、厚介质罩且馈源采用特定模式激励的高功率微波(HMP)传输及辐射结构研究了一种新型的电磁建模技术。将模式匹配方法与积分方程方法进行混合，构建了电磁模型的方程组，采用多层快速多极子技术、预条件器等进行求解加速，最终形成了可对电大尺寸HPM传输、辐射系统进行高效全波电磁仿真的技术。以电大变张角喇叭馈源、功率合成天线、波束波导及波束波导天线作为实例，构建了几何及电磁模型，并进行了包括远区方向图、近区功率密度分布在内的数值模拟，对该技术的正确性和通用性进行了验证。结果表明，该技术边界拟合准确,内存消耗低,且对馈电模式能予以准确反映，适用于HPM传输发射的高效高精度模拟。

提出了一种MAINV稀疏近似逆预条件算法, 用于改善电磁场边值问题的有限元分析所产生的的线性系统的迭代求解。该预条件子是在基本AINV算法基础上, 在分解过程中对可能导致算法崩溃的极小主元进行实时补偿, 从而获得高质量的预条件子。数值结果表明, MAINV预条件子对SQMR以及若干经典迭代法的加速效果十分明显; 此外, 与其他常规预条件子相比较, MAINV具有更好的求解性能。

提出了一种新型RIC预条件COCG迭代技术, 用于改善有限元法仿真分析光电工程问题所产生的高度非正定的线性系统的迭代求解。提出的RIC预条件子是针对基本IC算法可能出现的分解崩溃问题, 通过对主元进行加强来获得稳定的分解过程, 进而产生高效的预条件子。数值试验表明, 提出的RIC预条件子不仅能有效避免COCG迭代等方性崩溃, 而且比常用的预条件子更高效; 此外, RIC对其他若干Krylov子空间迭代法求解性能的改善作用也相当明显。

针对波束波导系统结构和馈电特性，应用体面积分方程建立了任意结构波束波导中电磁波的激励、传输和辐射问题所对应的物理模型。在激励端，采用模式展开方法描述输入口面场分布，并利用模式匹配方法精确模拟波束波导馈电端的匹配状况。通过对波束波导内部的实际结构的精确拟合，基于积分方程建立了激励-传输-辐射的电磁模型，并以高效数值解法给出了波束波导内部任意场点的电场强度分布和波束波导的辐射场解。数值实例证明，积分方程方法可对电大尺寸任意结构波束波导的激励-传输-辐射问题给出稳定的、高精度的数值解。

与传统时域有限差分算法相比,采用以伪谱方法离散Maxwell微分方程为基础的时域伪谱(PSTD)算法计算大的电尺度电磁场时域问题,将大大提高计算效率,降低内存需求.为了拓宽PSTD算法的应用,近年来,基于网格插值方法的非均匀时域伪谱算法得到了发展.研究的重点是算法中非均匀网格技术的实现及其在时域瞬态脉冲电磁场模拟和高功率超宽带脉冲技术方面的应用.以高斯脉冲为激励源,用该算法计算了多层介质的反射和透射,并通过超宽带脉冲穿墙实验对这一方法的应用进行了验证.模拟和实验结果具有较好的一致性.