电磁隐身装置性能的FDTD模拟

发布时间：2020-09-08 11:57

　　电磁隐身的基本数学理论工具是变换光学.在设计各种隐身装置时,最常用的数值模拟方法是时域有限差分(FDTD)方法.到目前为止,大部分的电磁隐身理论都是在频域上进行的,只侧重于单频问题,对色散的影响没有深入的研究.因此,建立可靠的时域隐身数学模型,研究多频问题以及色散性能,在模拟和构建隐身装置中起着非常重要的作用.在本文中,介绍了电磁隐身时域模型与FDTD算法,TFSF的加波方式以及UPML吸收边界条件的设置,基于Poynting矢量,通过复化梯形公式,定义了散射能量强度,定量地研究了时域电磁波通过完美隐身材料,分层完美隐身材料,非磁性隐身材料,分层非磁性隐身材料的隐身效果,得到了四种隐身材料的有效工作频段,对比了不同入射角度下,四种隐身材料的隐身性能,讨论了在有效工作频段下,制造相应分层隐身装置的合理层数.据我们所知,这是第一次使用时域方法定量研究电磁隐身材料的有效工作频段和散射能量强度.
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441
【部分图文】：

波形,高斯波,波形,时域差分

0为应用时间移动技术时的时间移动值, 图2.1给出了高斯波的时域和频域波形.图 2.1: 高斯波的时域和频域波形由于计算存储空间是有限的, 时域差分问题的空间也是有限的, 而散射问题需要模拟开放的空间边界, 使得电磁波连续地传播越过计算空间, 避免引起数值反射.6

总场,散射场,连接边界

为散射磁场. FDTD 模拟中引入波源的一种常用的方法为, 总场/散射场分离(TF/SF) 技术 [14, 19, 20]. 总场/散射场分离即由连接边界把计算区域分成两个部分, 即总场区和散射场区, 如图2.2 所示. 并利用等效原理在连接边界上根据连接边界条件, 从而引入入射波.图 2.2: 总场区和散射场区的划分入射波为平面波时采用一维时域有限差分随着时间的推进, 由插值技术和空间矢量投影, 计算得到连接边界上的入射场值, 在总场区引进入射波, 这样, 可以减小9

示意图,入射波,示意图,一维

2inc. 由图2.3, 二维的点 (i,j) 和一维的 d由一次函数相关知识可表示为:d = (i i0) cos + (j j0) sin , (2.3.15)二维的点在一维向量上要找到对应的场点值, 因为一维入射波对应的位置 d 有可能为小数, 因此, 要用到线性插值. 为了方便起见, 我们用记号 IFIX(d) 表示实数 d 的整数部分 [19]. 我们可以得到在 d 处的电场值:d′= d IF IX(d)

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