各向异性球体散射分析与双向 RCS 建模
本例展示了XFdtd模拟介电材料的能力,即介电常数张量中存在非对角项。这里的例子是计算由平面波激发的各向异性球体的双向雷达截面。
球体大小为 ka = 0.5,其中 k 为波数,取值为 2π/λ,λ 为自由空间波长。在本次模拟中,频率选择为 300 MHz,波长为 1 m。本例中考虑的材料的介电常数在频域中的张量为
在 300 MHz 时,对角项 (5 - 0.1j) 转换为 5 的介电常数和 0.00167 S/m 的电导率。同样,非对角项 (+/- j) 的电导率转换为 +/- 0.01669 S/m。在 XF7 材料编辑器中输入该材料的视图如图 1 所示。由于对角线上的虚项,这种材料略有损耗。对角线外的虚项符号相反,因此不会增加材料的损耗,但会使其具有陀螺性。
在 XFdtd 中创建了一个适当大小的球体,并以 5 毫米的网格划分。创建一个频率为 300 MHz 的入射平面波,从 -X 方向(θ = 90 度,phi = 180 度)入射,电场为 Z 极化(θ 方向)。在这种激励下,如果材料是对角各向同性的,则不会产生 Y 极化电场。
为了进行比较,我们对各向同性的球体进行了初步计算,其介电常数为 5。对各向同性球体的 E 平面和 H 平面的双向散射图案进行了计算,如图 2 和图 3 所示。对于 E 平面图案,角度变化在球体 XZ 平面周围的 theta 范围内,波从 270 度入射。H 平面图案在 XY 平面周围以 phi 为单位变化,波从 180 度方向入射。图中可以看到共偏振图,但交叉偏振信号非常小,没有出现在图中。这与各向同性球体的情况如出一辙。
如果用各向异性球体代替各向同性球体,输出结果就会不同。从图 4 和图 5 中可以看出,除了共偏振信号外,双偏振散射图案还显示出交叉偏振成分。交叉极化模式是材料各向异性的结果。
在近场,可以看到各向异性球体的 Y 偏振电场。图 6 显示了各向异性球体周围 E 平面上 Y 分量的稳态场大小。