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数学 > 数值分析

arXiv:2507.13119 (math)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 用于建模多层球形介质中植入天线的广义散射矩阵框架

标题: Generalized Scattering Matrix Framework for Modeling Implantable Antennas in Multilayered Spherical Media

Authors:Chenbo Shi, Xin Gu, Shichen Liang, Jin Pan
摘要: 本文提出了一种统一且高效的框架,用于分析嵌入球形分层介质中的天线——该模型广泛适用于生物医学系统中的可植入天线和工程应用中的整流罩封闭天线。 所提出的方法通过将天线的自由空间广义散射矩阵(GSM)与一组扩展的球形散射算子(SSOs)相结合,解耦了天线及其周围介质的建模,这些算子严格捕捉与多层球形环境的电磁相互作用。 这种解耦使得在任意材料变化下能够快速重新评估,而无需重新模拟天线,相较于传统的基于二阶张量格林函数(DGF)的矩量法(MoM)方法具有显著的计算优势。 该框架支持各种球形介质,包括径向非均匀和单轴各向异性层。 大量案例研究显示与全波和DGF-based解决方案的良好一致性,证实了该方法的准确性、通用性和可扩展性。 提供了代码实现以促进采用和未来开发。
摘要: This paper presents a unified and efficient framework for analyzing antennas embedded in spherically stratified media -- a model broadly applicable to implantable antennas in biomedical systems and radome-enclosed antennas in engineering applications. The proposed method decouples the modeling of the antenna and its surrounding medium by combining the antenna's free-space generalized scattering matrix (GSM) with a set of extended spherical scattering operators (SSOs) that rigorously capture the electromagnetic interactions with multilayered spherical environments. This decoupling enables rapid reevaluation under arbitrary material variations without re-simulating the antenna, offering substantial computational advantages over traditional dyadic Green's function (DGF)-based MoM approaches. The framework supports a wide range of spherical media, including radially inhomogeneous and uniaxially anisotropic layers. Extensive case studies demonstrate excellent agreement with full-wave and DGF-based solutions, confirming the method's accuracy, generality, and scalability. Code implementations are provided to facilitate adoption and future development.
主题: 数值分析 (math.NA) ; 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2507.13119 [math.NA]
  (或者 arXiv:2507.13119v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13119
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Chenbo Shi [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 13:33:54 UTC (1,666 KB)
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