粗糙面及其与目标复合电磁散射的FDTD方法研究

题名:粗糙面及其与目标复合电磁散射的FDTD方法研究
作者:李娟
学位授予单位:西安电子科技大学
关键词:电磁散射;;时域有限差分法;;粗糙面;;目标;;并行算法
摘要:
 本文采用时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain, FDTD)深入系统地研究了粗糙
面及其与目标的复合电磁散射问题。首先研究了时谐场源激励下粗糙面及其与目标的复合电磁散射特
性;随后从时域角度出发,分析了脉冲波Fridge magnets源激励下均匀介质、色散粗糙面以及它们与目标的复合散射特
性;最后研究了各向异性媒质的散射特性,并精确求解了无耗半空间中目标的远区散射场。论文的主要
工作如下:
 1、基于二维空间中FDTD方法的基本原理,系统地分析了时谐场源激励下一维粗糙面
及其与二维目标的复合散射特性,包括一维单层粗糙面的散射、一维分层粗糙面的散射、一维单层粗糙
面与二维目标以及一维分层粗糙面与二维目标的复合散射问题。并将FDTD的计算结果与MOM的结果进行
了比较,结果表明具有很好的一致性。
 2、采用三维空间中并行FDTD方法的基本原理并结合二维
粗糙面散射基本理论,详细地研究了时谐场源激励下二维单层粗糙面的散射、二维分层粗糙面的散射以
及二维单层粗糙面与三维目标的复合电磁散射。并将二维单层粗糙面的散射结果与基尔霍夫近似方法
的结果进行了比较,结果表明两者在中小散射角范围内吻合得很好。
 3、推导了二维和三维FDTD空
间中瞬态场的外推公式,从时域角度出发,分别研究了脉冲波源激励下一维粗糙面的散射、一维粗糙面
与二维目标的复合散射、二维粗糙面http://www.chinamagnets.biz/about.php的散射、二维粗糙面与三维目标的复合散射特性,并与时谐场源激
励下的结果进行了比较和验证。
 4、推导了Debye媒质、Lorentz媒质以及Drude媒质的ADE-FDTD公
式,为了能更好的吸收外向行波,引入CPML来截断色散媒质。从时域角度出发,数值计算了脉冲波源激励
下一维半空间Debye、Lorentz以及Drude媒质的反射和透射系数,并与解析法的结果进行了比较。另外
以单极和双极Debye模型为例,分析了一维色散海水、土壤及其与二维目标的复合电磁散射特性,并与时
谐场源激励下的结果进行了验证。
 5、根据Yee元胞理论,采用均值及插值技术,详细推导了二维和三
维空间中电、磁各向异性媒质的FDTD公式,研究了二维和三维各向异性目标的电磁散射特性,并与文献
中的结果进行了比较和验证。同时采用MIPML来截断各向异性媒质,以TM波模式为例,数值计算了一维各
向异性粗糙面的散射系数角分布。
 6、从麦克斯韦方程出发,利用无耗半空间中平面波的混合方式引
入法,得到了精确的近场结果,同时运用半空间中近—远场的外推公式,获得了无耗半空间中目标的远区
散射场,并与文献中三波法的结果进行了比较和验证。
学位年度:2010