【無(wú)線射頻仿真】-背景場(chǎng)特征在電磁波模擬中的應(yīng)用

1/1背景場(chǎng)特征在電磁波模擬中的應(yīng)用COMSOLMultiphysics5.0版本新增了一個(gè)背景場(chǎng)特征，可以關(guān)心用戶模擬線偏振平面波。這里，我們將使用案例集錦中一個(gè)依靠極化的散射示例來(lái)探討這一特征的用法。

"看穿'墻體

假設(shè)一個(gè)對(duì)象不在您的視線內(nèi)，比如藏在墻后，但您需要確定它的取向。這也是救援人員特殊關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入建筑后，工作人員可能會(huì)聽(tīng)見(jiàn)呼救聲，但很難確定聲音的來(lái)源。

MIT的討論人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)便攜設(shè)備來(lái)解決這一問(wèn)題，當(dāng)將設(shè)備指向墻壁后，它會(huì)記錄下墻另一側(cè)的任何運(yùn)動(dòng)，因此尤其適合這類緊急狀況。他們將該設(shè)備稱作Wi-Vi，它通過(guò)放射Wi-Fi信號(hào)來(lái)追蹤靠近或遠(yuǎn)離墻壁的運(yùn)動(dòng)，可以捕獲到小到簡(jiǎn)潔一步的移動(dòng)。

在仿真中，我們有時(shí)需要確定隱蔽對(duì)象的取向，從某種意義上講，要能夠看穿墻體。探測(cè)介電殼內(nèi)金屬圓桿的取向模型重點(diǎn)考察了依靠于極化的散射，較好地展現(xiàn)了如何使用線性偏振平面波來(lái)確定對(duì)象的取向。

隱蔽在介電殼內(nèi)金屬圓桿的取向

模型包括一個(gè)金屬圓桿，桿的取向未知，內(nèi)置在聚苯乙烯泡沫介電殼內(nèi)，殼四周被空氣環(huán)繞。使用完善匹配層(PML)圍住了模型域。

介電殼內(nèi)的金屬圓桿

分析重點(diǎn)是檢測(cè)散射場(chǎng)最強(qiáng)時(shí)金屬桿的極化角。這可以通過(guò)計(jì)算圓桿對(duì)象依靠于極化的散射場(chǎng)，以及針對(duì)極化角函數(shù)進(jìn)行參數(shù)化掃描完成。

我們選擇線偏振平面波作為背景場(chǎng)，這是COMSOLMultiphysics5.0版本新增的一個(gè)背景場(chǎng)波型。線偏振平面波選項(xiàng)供應(yīng)了一種簡(jiǎn)潔的背景場(chǎng)定義方式，使我們無(wú)須擔(dān)憂任意入射角平面波數(shù)學(xué)定義的有效性。

預(yù)定義的初始背景波將根據(jù)橫滾角、俯仰角和航向角的挨次連續(xù)旋轉(zhuǎn)三次，并發(fā)生轉(zhuǎn)換。假如您對(duì)飛行動(dòng)力學(xué)感愛(ài)好，那確定特別熟識(shí)這些用于定義車(chē)輛取向的角度配置。下圖顯示了如何修改這些參數(shù)來(lái)定義背景場(chǎng)。

線性極化背景波

橫滾角表示相對(duì)+x方向向右旋轉(zhuǎn)。缺省值是0rad，對(duì)應(yīng)于沿+z方向的極化。俯仰角表示相對(duì)+y方向向右旋轉(zhuǎn)。本例中，缺省值也是0rad，對(duì)應(yīng)于指向+x方向的初始傳播方向。航向角表示相對(duì)于+z方向向右旋轉(zhuǎn)。在上述模型示例中，平面波的方向由橫滾角打算，極化由航向角的參數(shù)化值打算。

要模擬銅桿，應(yīng)當(dāng)使用阻抗邊界條件，而且應(yīng)當(dāng)從模型域中減去內(nèi)體積。從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)換使我們能夠計(jì)算桿的散射場(chǎng)。此外，環(huán)繞空氣的外部還有一個(gè)完善匹配層域，作為散射場(chǎng)的汲取器。

我們這里將直接爭(zhēng)論模型結(jié)果，您也可以根據(jù)案例集錦中的指導(dǎo)自行模擬這一問(wèn)題。

結(jié)果

下方的第一張繪圖描述了模型在dB標(biāo)度上的雷達(dá)截面。雷達(dá)截面測(cè)量了對(duì)象散射或反射射頻(RF)輻射的力量。當(dāng)雷達(dá)截面變大時(shí)，說(shuō)明可以更輕松地檢測(cè)到對(duì)象。

從下圖中我們可以看出，最大雷達(dá)截面消失在30時(shí)，最小消失在120時(shí)。我們知道當(dāng)極化與圓桿平行時(shí)，將發(fā)生最大散射。因此，我們推斷出圓桿的取向?yàn)?0。

雷達(dá)截面圖，結(jié)果顯示出，最大雷達(dá)截面消失在30時(shí)

其次張繪圖顯示了散射角最大時(shí)在xy平面的電場(chǎng)模。這些結(jié)果顯示出電場(chǎng)類似于偶極天線中的電場(chǎng)。背景場(chǎng)沿桿產(chǎn)生了振蕩電流