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应用实例

导电球体双向散射

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本例演示了XFdtd对导电球体散射的精确度。以单一频率计算入射平面波的双向散射模式。

球体被认为是完全导电的,直径为 254 毫米。球体以原点为中心,入射平面波从 +X 方向到达,如图 1 所示。如图 1 中红色圆圈所示,在 XY 平面球体周围的圆弧内计算远场双稳态 RCS 图样。平面波如图右侧黄色箭头所示,电场沿 Y 轴定向。输入信号为 10 GHz 正弦波。

图 1 所示为球体几何图形,入射平面波显示为右侧的黄色箭头。红色圆圈代表将在 XY 平面上计算的远场模式。

图 1:球面几何图形,入射平面波显示为右侧的黄色箭头。红色圆圈表示将在 XY 平面上计算的远场模式。

如图 2 所示,球体被网格化为 FDTD 网格,单元大小为 1 毫米,即每个波长 30 个单元。物体周围有 20 个 FDTD 单元,最后形成一个外边界,使用七个完全匹配层 (PML) 来吸收场。项目运行需要约 965 MB 内存。

图 2 FDTD 网格中的球体,单元尺寸为 1 毫米。

图 2:在单元尺寸为 1 毫米的 FDTD 网格中网格化的球体。

模拟使用软件中的散射场公式,在主频为 2.80 GHz 的英特尔酷睿 i7-2640M CPU 上运行。模拟运行大约需要 21 分钟。如图 3 所示,生成的正向双稳态散射图样与已发表论文[1]中的测量结果进行了比较,结果显示两者非常吻合。完整的双向散射图样在图 4 中显示为围绕 XY 的极坐标图。双稳态模式的三维视图如图 5、图 6 和图 7 所示。图 8 和图 9 显示了通过球体中心的平面上的瞬态电场在两个时间实例上的情况。在图 8 中,入射平面波已撞击球面,但尚未完全绕球面传播。在图 9 中,入射平面波已完全吞没球体,并显示了稳态场模式。

图 3 计算出的双稳态雷达截面与前向散射方向的测量结果对比。结果非常吻合。

图 3:计算的双稳态雷达截面与前向散射方向的测量结果对比。结果非常吻合。

图 4A 在 XY 平面上绘制的球体双稳态散射图案的全极坐标图。

图 4:球体双向散射图案的 XY 平面全极坐标图。

图 5A 双稳态散射图案的三维视图,从图案前端的角度观察。

图 5:从双向散射图案前端的角度观察双向散射图案的三维视图。

图 6A 双稳态散射图案的三维视图,从图案后向散射方向的角度观察。

图 6:双向散射图案的三维视图,从图案后向散射方向的角度观察。

图 7A XY 平面上双稳态散射图案的三维视图。

图 7:在 XY 平面上显示的双稳态散射图案的三维视图。

图 8 显示的是入射平面波撞击球面后,场在球面周围传播时,穿过球面中心的切片中的瞬态电场。

图 8:在入射平面波撞击球面,场在球面周围传播时,显示的是穿过球面中心的切片中的瞬态电场。

图 9 当电场达到稳态时,球体中心切面上的瞬态电场。

图 9:当电场达到稳定状态时,球体中心切面上的瞬态电场。

参考资料

  1. R.A. Marr, U. H. W. Lammers, T. B. Hansen, T. J. Tanigawa, and R. V. McGahan, "Bistatic RCS Calculations From Cylindrical Near-Field Measurements-Part II: Experiments,"IEEE Trans.54, Dec. 2006, pp.

 

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