Метод Т-матриц / download
.pdf
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BiCGScattering-FFTSolutionT-MatrixfromMethodInhomogeneousfor Solving Bodiesfor the |
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J. H. Lin and W. C. Chew |
y |
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Electromagnetics Labora |
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Department of Electrical and Computetor Engineering |
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University of Illinois |
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Urbana, IL 61801 |
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||||||||
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Abstract |
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ciently solv |
three |
||||||||||
A BiCG-FFT T-Matrix algorithm is prop sed to |
|
|||||||||||||||||||||||||
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scattering problems of inhomogene us bodi |
|
|
. The memory stor- |
||||||||||||||||||||
dimensionalbo of various size |
are shown. |
|
It is also |
demonstrated |
that the matrix |
|||||||||||||||||||||
condition |
umber for ne grids is |
the same as that for |
coarse grids. |
|
|
|||||||||||||||||||||
ge is of |
|
( |
|
) (N is the |
umber of unknowns) and |
each iteration in BiCG |
||||||||||||||||||||
requires |
O(Nlog N) operations. A go d agr emen |
between the numerical |
||||||||||||||||||||||||
xact solutions is observed. T |
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|
converg nce |
|
rate |
|
f |
|
lossless and lossy |
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1. Introduction |
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c elds |
|
y |
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bodies is a |
||||||||
T |
scattering of |
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||||||||||
researcmethod of solving thelectromagnetinho oge eous body probleminhomogeneousby app ximating th |
||||||||||||||||||||||||||
|
topic that nds applicatio |
|
|
n man |
|
elds. In this paper, w |
|
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||||||||||||||||||
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|
bo y with |
all |
diel |
ctric |
cubes. |
|
The dielectric cubespropose |
||||||||||||||||
then approximated by equivolume spheres [1-4]. In this |
|
|
|
nner, the T matrix |
||||||||||||||||||||||
[5,6] of eac |
|
individual phere can be found in closed form. A set of |
linear |
|||||||||||||||||||||||
inhomogeneousalgebraicrom ea of the spheres. By |
using |
|
T-ma rix |
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|
theamplitudesGreen' |
|||||||||||||||
method of moments, suc |
easilysingularity has to be handled with c ution [7-9]. |
|||||||||||||||||||||||||
|
equations can |
|
|
deriv |
to solv for the scat ering |
|
|
|
||||||||||||||||||
function singularity problem is |
voided, while other form |
|
|
s, such as |
||||||||||||||||||||||
When the inhomogeneous |
body thisdiscre ized |
into ulation |
ar grid, |
|||||||||||||||||||||||
res ltant equation has |
|
block-Toeplitz structure. |
An iterativ |
|
solver suc |
|||||||||||||||||||||
as BiCG (bi-c njugate |
gradient) method [10,11] |
|
|
be |
|
|
|
to solve |
is us d, |
|||||||||||||||||
solution of the matrix equati |
iteratively. Whencan iterativregulsolv |
|||||||||||||||||||||||||
the main |
|
|
|
of seeking the olution is the cost of performing mat ix-vec or |
||||||||||||||||||||||
N is the total |
m |
of |
spheres involved. |
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||||||||
ultiplicati |
|
. Exploiting the block-Toeplitz structure,usedw can peerform |
||||||||||||||||||||||||
90,000 unkn wns issholved on a Sparc 10 w |
|
|
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|
|
storage. I is shown |
|||||||||||||||||||
matrix-vectcostr |
ltiplication in O(N |
|
|
g N) operations b |
|
FFT [7-9,12], wherthe |
||||||||||||||||||||
The |
method can be |
wn to require O(N) memory |
|
|
|
. He |
ce, it |
|||||||||||||||||||
can be u ed to s lvber fairly large |
problems. |
|
A volume |
|
|
ering problem |
||||||||||||||||||||
because the matrix condition number for the formerorkstationcases scatsmaller than |
||||||||||||||||||||||||||
withr tive |
solvers converge faster for lossy bodies |
|
an los less ones. |
This is |
||||||||||||||||||||||
for the latter ones, as a lossle |
|
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|
could hav |
high |
|
Q inte nal |
|
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||||||||||||||||
modesA. the simulation results shobodyw, y using |
the |
T- |
|
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|
|
formulation,resonancethat |
||||||||||||||||||
condition number of the resultant matrix is independenmatrixof the mesh size of |
||||||||||||||||||||||||||
File:bicg tt.tex, Date:January 4, 1995 |
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1 |
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bodya |
is gridded. Thnerefore,in orderthetoumbachievr ofbetteriterationsresolutiondoes not. |
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grow when the |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.uniformF ulation and Impl |
mentation |
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uniform array, their scat- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
When |
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umber of scatt rers are |
|
placed on |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tering solution |
can be |
obtained |
|
e ciently by using FFT and an ite ativ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
as The total |
eld due to an |
|
|
y of non-iden |
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scatterers can be written |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
method. |
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t |
(karra; |
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X tical |
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E(r) = |
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) |
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+ |
|
N |
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(k ; |
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) b ; |
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(1) |
||||||||||||||||||||||||||
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i |
= |
|
? |
0 and r0 is the location |
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center of the |
-th |
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of the |
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0 |
|
s |
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|
s |
|
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=1 |
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|
scatteringspherical |
|
|||||||||||||||||||
wherescatt rer. (k0; |
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0 |
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|
or |
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|||||||||||||||||||
|
) is a row vector containing the v |
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cident eld while |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
from |
each |
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. The rst term in (1) comprises the |
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-scattererterer respe tively. |
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the second term |
i |
|
the |
i |
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eld. |
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The vectors |
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and b |
contain |
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is |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tra slati |
n |
matrix |
[4,13]scattereto hanged |
|
|
he |
coordinates of all the sphericalharmonics- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ampli udes of the inciden |
|
eld harmonics and the scattered |
|
eld |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
monicsocusthe |
that of the j-th |
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to obtain |
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||||||||||||||||||||||||||
F |
|
ing on |
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j-th |
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|
erer, w |
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can use the addition theorem or the |
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E(r) = <g |
|
|
t |
(k ;scatterer) a |
|
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|
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|
<g |
|
|
t |
(k ; r ) |
|
N |
b |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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0 |
|
j |
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js |
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s |
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|
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|
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|
|
0 |
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|
|
j |
|
|
X |
|
ji |
i |
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||||||||
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|
+ |
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1 |
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(k ; r |
) b |
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(2) |
||||||||||||||||
Looking at the above, w |
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:i=6 j |
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that the |
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|
0woj |
|
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|
j |
|
|
|
are inciden w v |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
impinging on the j-th |
|
Therefore, |
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the third termsis the |
scattered |
eld |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
o the j-th scatterer. |
|
the amplitude |
of the third term must be |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
T matrix of |
|
he j-th |
|
scatterer, |
|
. ., |
|
T |
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|
. |
|
Here, |
|
T |
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|
is diagonalscattererfor th |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
related to the total amplitude of the rst |
|
worst terms via the isolated |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
spherical |
scatterer. Consequently,whilehave |
|
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j(1) |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
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|
N |
|
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|
j(1) |
|
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|
3 |
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|||||||||
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6 |
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7 |
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||||
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b |
|
|
= T |
|
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|
a |
|
+ |
X |
|
|
|
|
b |
|
; |
|
|
|
j = 1; ; N: |
|
(3) |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
4 |
js |
s |
|
|
|
|
|
|
ji |
|
i5 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
j(1) |
|
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1 |
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|||||||||||||||
Essentially, we |
|
|
|
h the |
|
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i=6 j |
|
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||||||||||||||
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|
condition at the surface of the j-th scat- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Equation (3) could beboundarewritteny |
as |
|
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|||||||||||||||||||||||||||
terer inst ad atmtheatcenter of the scatterer. This explains why this formulation |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
avoids the singularity probl m. |
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||||||||||||||||||
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|
|
N |
|
|
|
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|
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|
|
T |
|
|
|
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|
|||
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|
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|
|
bj |
? Tj(1) |
X |
ji |
bi |
= |
j(1) |
|
|
js as |
|
|
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|
(4) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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2 |
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||
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|
i=6 j |
|
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|
|
or |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B ? |
T |
A B = |
T |
S; |
|
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
||||||||||||||
where |
|
|
|
|
A |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
T and |
are block matrices, and B and |
S are block vectors whose |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
block elements are given by |
|
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|
|
T |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
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|
a) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T] |
|
|
|
= |
ij |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A] |
|
|
ij |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6b |
|||||||||||
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
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|
(1) |
|
|
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|
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|
|
(6d) |
||||||
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
[S]jij= js |
|
s: |
|
|
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|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
B] |
|
|
|
|
|
|
; |
|
if j =6 |
|
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|
c |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= b ;0; |
|
|
|
otherwise; |
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|
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|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
(5) can be s lved w th iterative methods lik |
the bi-conjugate gradi- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
be in the matrix-vector m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A Bmajor. F a dense |
|
rix, the cost of |
|||||||||||||||||||||||||||
suc |
|
|
matrix-vector multipl plicationrequires O(N |
2Mcomputational2) oper ions, where |
|
M |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eisquationh dimension of the |
|
|
matrices. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cost |
ould |
||||||||||||||||||||||||
en (BiCG) method. In such |
|
|
me hod, the |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ij |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
grid, then |
|
= |
||||
|
When the scattering centers are |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
(r ?rj ). The translation matrix is onlyplacedfunction ofiform?rj . When the for- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
lock, the block-Toeplitz summationatrix is convertedEquation |
Toeplitz-block matrix |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sum |
|
|
|
|
|
|
. I |
|
such |
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
ij |
|
|
||||||||
withulation |
is imple |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
can be expressed as |
|||||||||||||||||||||||
m |
|
|
|
|
|
ted, the |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
in |
|
|
|
(4) is actually replaced |
||||||||||||||||||||
a block-Toeplitzdimensionalatrix. By grouping the elemencase,of same harmonics into |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
one(i. . eacthreeblock is T |
|
|
|
|
|
. Then the fast Fourier tr |
sform (FFT) meth |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
an be used to expedite the matrix-v |
|
|
|
|
multiplication A B with operati n |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
count of O(NM logoeplitz)N . |
|
|
|
|
|
|
|
|
ector , it possesses only electric dipole |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
If the |
|
|
|
|
a |
small c |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
matrix spheresdurthermto |
orreo at onmparedsymmetry. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
and |
|
|
|
|
|
. Note th |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
circulan |
matrixTherefore,in the x- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
A has be n extended |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
oments whic cor |
spond |
|
|
|
the rst |
|
hree harmonics in T . |
|
the |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
In order to perform the |
|
matrix-v |
|
|
|
multipli |
ation more e ciently |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
M = 3 and f |
|
|
|
|
|
here |
|
|
|
only 6 independen |
ele |
|
j(1) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ents in the 3 by 3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
pr venstoredaliasing. Henc , |
|
|
|
|
|
nevcalculaer |
matrix-vector m |
|
|
|
|
is required |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ij |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
to |
||
y- and z-directions and zeros have ectorbe padded to the original vect |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fourier transform of |
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
only once outside the iteration loop |
|||||||||||||||||||||||
A, A is |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
each |
|
|
|
|
|
|
|
|
forward 3D-FFT correspondingultiplicationth ee |
harmonics |
|||||||||||||||||||||||||||||||
nd nallyiterthation,ee inverse |
3D-FFT are |
carried |
out. Then |
the product can be |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
obtained |
|
b disca ding thos |
|
|
entries with zero-padding in the rst place. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
re rst perfo med,thre |
|
|
|
th y are multipli |
|
~ |
the frequency domain |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
by A |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
The |
memory requiremen |
|
of the method is still O(N) since each block |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
matrix in A can be represented |
by one of its rows or columns. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Results and Conclusions |
|
|
both in Figure 1 for a dielectric layered |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
A good agreement is observ |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sphere and in Figure 2 for a |
dielectric3cube [9]. It converges in 53 iterations |
workstationfor theShowncaseinworkinFiguregureng in3 |
1aredoubleandthetakprumbercisionabout.of |
1 |
21 hourstions CPUvs. thetimeumberon Sparcof un10- |
||||||||||||||||||||||||||||||
knowns for |
ssl ss and lossy objects. As witehrave |
|
|
|
|
|
in 2D cases [14], |
||||||||||||||||||||||||||
t |
|
|
|
|
|
ber of iterations |
|
|
|
|
with the size of |
|
object |
|
in the |
|
|||||||||||||||||
medium. T |
|
shows thatincreaseshe lossy medium, theobservcomp |
x permittivitlossy |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
igin. |
|
, less number of |
|
|
|
|
is required to con |
rge than in the |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
Physically, the resiterationsan freque |
|
cies of the lossy |
dielectric body ar |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
The |
|
umber of |
|
|
|
|
is approximately proportional to N forlossless |
||||||||||||||||||||||||
sh fts the ot |
erwise small eigenv |
|
|
|
the lossless medium |
way from |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
while |
in |
practice, |
thealuesating |
frequency |
|
is |
alwandys |
real, |
whicthe |
|||||||||||||||||
complex,fav able, a sui able precondi ionerdistributioneed d. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
ludes the eigenv |
|
from being too close to zero. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
already poor conditioniterationsumber. In order for BiCG-FFTalgorithmitslargelik to be morthe |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
pr |
|
|
nditioners, the aluesgenvalue |
|
0:75 |
|
|
|
seemones dispersive |
|
|
|
con ne- |
||||||||||||||||||||
less |
|
|
bjects and se m ngly to N |
for lossy |
|
|
when N is |
|
. Without |
||||||||||||||||||||||||
men |
|
as N grows and the erratic converge ce of BiCG |
|
|
|
|
withoutrsens |
|
|||||||||||||||||||||||||
matrixshow |
|
at theulationumber of |
iterations |
|
|
|
|
as 6 for the c ses |
f 8 8 8, |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
form |
e |
|
is still stable. The rstthexample is a homogeneous thedi lec- |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
Finally, |
|
|
|
|
hat |
when |
|
|
object is gridded ner, |
|
|
T |
|||||||||||||||||||
agrees very |
ll demonstrate |
|
|
|
|
|
. W |
hav |
|
also |
|
|
a second ex mple |
||||||||||||||||||||
tric sp |
|
ere |
|
|
= 4:0 and he rad |
|
= 10?5 |
. The simulation results |
|||||||||||||||||||||||||
(not |
sho |
|
ere)withich is |
hom |
geneous |
d electric |
|
|
|
withresults= 9:0 and |
|||||||||||||||||||||||
the side lewng |
=0:34 . Similarsolutionthe rst example, therunumber of iterations |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
nd it |
|
16 16 16 and 32 32 32 grids. remainsF 4 shows one of the |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
is 16 for all withe three di erenexactgrids as mentioned abovcube. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
References1] sectionJ. H Richmond,hape," IEEE\ScatteringT ans. AyntennasdielectricPropagatcylinder., vol.of13,arbitrarypp. 334cross-341, |
||||||||||||||||||||
|
arb |
|
|
shaped bi logical |
bodies," IEEE T ans. Microwav |
The ry |
||||||||||||||
|
dosimet |
|
and scattering computation\Electromagneticof tor electromagnetic |
elds," |
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2] |
1965 |
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elds induc |
inside |
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D. E. |
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hnique for three-dimensional |
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IEEEtrarilyT |
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. |
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of T-matrix approach for |
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Y. M. W g and W. C. Chew, \ A |
recursiv |
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5] |
Antennas |
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opMagneticsga . vol |
41, no. 12, pp. 1633-1639, 1993. |
scattering," |
||||||||||||||
. C. WatePrman, \Matrix formulation |
f |
electromagnetic |
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the solutioansof elec romagnetic scattering by many spheres," IEEE T ans. |
|||||||||||||||||||
6 |
Pr c. IEEE |
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vol. |
53, pp. 805-811, 1965. |
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ransf rm meth d fstrandthe |
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of biological |
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\ The dis- |
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crete Fourier |
transform |
method of solving di erential-in |
equations |
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weak form |
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of the conjugate g adient |
FFT method for solving scatteritegraln problems," |
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0] |
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Micr |
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Theory T ch., vol. |
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\Co |
jugate gradien methods f |
|
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|
Nu |
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erical Analysis Dundowave |
1975, G. |
. Watson, Ed. pp. 73-89, Springer- |
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1992. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
of the generalized bi-conjugate gradien |
||||||||
|
T. K. Sarkar, \On the |
|
|
|
||||||||||||||||
|
ducting plates of |
esonanapplicationsize using |
the conjugate-gradien |
meth |
and |
|||||||||||||||
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method," |
J. Ele |
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omagn. |
|
Appl., vol. 1, no. 3, pp. 223- |
1987. |
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[11]2 |
Verlag, New York, 1976. |
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|
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|
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M. F. Catedra, |
J. G. CuevasWavesd L. Nu~no, \A scheme of analyze con- |
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recursivChew,aggregate T-matrix algorithm," |
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fast Fourierctransform," IEEE T ans. Antennas Propagat.242,vol. 36, |
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theory," J. Electromagn. Waves Appl. vol. 6, no. 2, pp. 133-142, 1992. |
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|
no |
12, pp. 1744-1752, 1988. |
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|
|
|
|
|
|
|
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C. |
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||||||||||||||||||||
|
gation Society International Symposium Digest, pp. 1591-1594, 1992. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
b
a
Bi−RCS of a dielectric layered sphere
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(dB) |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bi−RCS |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
−5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−20 |
0 |
20 |
|
40 |
60 |
|
80 |
|
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Figure 1. The Bi-RCS of a |
|
theta layered scatterer. The solid |
is |
||||||||||
|
|
from the Mie series solution; the dash line is the numerical solution. lineH re, |
|||||||||||||
|
|
b = 0:5 |
; |
r1 |
= 1:2; a = 1:0 |
0 |
and |
= 2:4. A 30 30 30 grid is used. |
|
||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
spherically2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dB −15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−30 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
120 |
140 |
160 |
180 |
0 |
|
|||||||||
|
|
|
|
theta (deg.) |
|
|
|
|
|
|
|
(a) The far eld kE k as a function of |
|
||||||||
|
|
|
|
= 90 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−7 |
20 |
40 |
|
80 |
100 |
|
120 |
140 |
160 |
180 |
0 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
the |
( eg.) |
|
|
|
|
|
|
(b) The far eld kE k as a function of |
|
||||||||
Figure 2. The far elds as a function of |
|
|
for a lossless dielectric |
|||||||
cube with r = 9 |
|
k0 |
= 60:628319: T |
solid |
|
|
|
|||
the BiCG-FFT T-matrix method and the symbols represent the results by |
||||||||||
Zwamborn and vandden Berg. A 7 7 7 gridcomputedislinesed. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
number of iterations |
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Lossless medium |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lossy medium |
|
|
101 |
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
103 |
104 |
105 |
|
Figure 3. The |
um |
number of unknowns |
|
||
|
of iterations vs. number of unknowns for lossless |
|||||
|
cubes of r |
= 9:0 and berfo |
lossy cubes of r |
= 9:0 + i3:0. |
|
8
Bi−RCS of a dielectric sphere
|
−260 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−280 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−320 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(dB) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bi−RCS |
−340 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−360 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−380 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−420 |
|
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
theta |
|
|
|
|
Figure 4. The Bi-RCS of a dielectric sphere. The solid line is from the Mie |
||||||||
|
series solution; the dash line is the numerical solution. Here, the radius = |
||||||||
|
|
?5 |
0 |
and r = 4:0. A 16 16 16 gird is used. |
|
|
|
||
|
10 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|