电磁散射仿真实验

电磁散射仿真实验内容提要引言典型模型介绍Matlab仿真HFSS仿真引言——RCS定义暴露在电磁波中的物体将入射能量向各个方向散开，这种能量的空间分布称为散射，物体本身常常称为散射体。返回到波源方向的散射能量（称为后向散射）形成物体的雷达回波。回波的强度用物体的RCS明确描述。这里，缩写RCS已经被广泛认同。这些术语在现代科技文献中仍时有提及并RCS的正式定义为(归一化)引言——预测方法数值计算方法 ——矩量法，有限元法，时域有限元法，快速多极子算法，有限积分法；高频近似计算 ——几何光学、几何绕射、物理绕射理论和物理光学等多种方法。具体在何国瑜老师教材《电磁散射的计算和测量》都有所体现典型模型介绍——球形具有归一化精确解：式子中：其中r是球的半径，k=2π/λ,λ微波长度，J和Y都是贝塞尔函数的解。物理光学法近似解：推导过程根据RCS定义得出：根据物理光学法知道由于参考面z=0，所以l=2z。由右上图知道z∙n=cos𝛉=(a-z)/a。表面元dS=a2sinθdθdφ，z=acosθ，dz=-asinθdθ带入上式得到：进过积分其中指数想是由于电流不连续的原因，不是物理因素所以忽略，从而得出归一化结果：细节参考实验报告典型模型介绍——椭圆球

各参数示意图几何算法的近似结果如下所示：典型模型介绍——圆柱体圆柱示意图几何光学法计算记过利用物理光学法计算圆柱RCS得到近似解：Matlab仿真——点状物体点状仿真主要为了说明RCS的变化主要跟方位角、频率和物体形状有关。Matlab仿真——点状物体结论： RCS的值与两点之间的距离、雷达接受照

射的方位角以及工作频率都有很大的关系。

从某种意义上讲所有的物体都是由点构成

的，这些点模型虽然不能用于离散3维物体，

但是依然可以能说明RCS在3维物体中变化

规律，以及变化最主要的因素。代码：rcs_aspect.m和rcs_frequency.mMatlab仿真——金属球黑线为精确解，红线为物理光学解Matlab仿真——金属圆柱物理光学劣势：从金属球仿真可以看出物理光学方法在高频段具有相当精确的逼近作用，但是在低频段会出现偏离甚至是错误的现象，这本身由于其光学特性决定的。从金属柱仿真看出，在θ接近90°时可以喝几何解想接近，具有很好的近似性能。当入射方位偏移较大>30°计算结果将会与真实值发生很大的差异。主要原因是，当入射方向偏离是，电磁散射激励主要是由边缘绕射组成而非反射情况，而物理光学法主要考虑的就是反射，而非绕射。蓝线为最大值，红线为物理光学解，黑线为几何光学解程序：rcs_cylinder.m和rcs_sphere.mFDTD仿真——无限长方柱程序：FDTD_2D_RCS.m初始化PML设置迭代电场计算磁场显示结果近远场外推RCS求解归一化保存数据FDTD仿真——无限长方柱程序：FDTD_2D_RCS.m注：本程序通过参考网络程序所写，仅做研究HFSS仿真——金属球仿真模型—PML边界剖分模型—PEC边界HFSS仿真——金属球简单罗列关键步骤建立空间模型,包括画模型、单位、选择材料设置PML辐射边界设置辐射场为平面波激励设置频率和扫频仿真介绍后查看单站双站RCS，输入公式进行计算金属球仿真结论从仿真结果上看，不难发现总体趋势和精确解相似，但是和物理光学法不一样的是，在低频很准确，但是在高频就不那么精确了。主要原因在于高频下，HFSS的网格剖分相比波长就显得粗糙了。见仿真文件：spher.hfss中spher模块金属柱HFSS仿真——金属柱仿真模型—PML边界剖分模型—PEC边界红线为圆柱的RCS双站图蓝线为圆面的RCS双站图金属柱仿真结论光学方法计算结果有一定的一致性，不同的是HFSS仿真出来两边有起伏，而且有零点，但是在接近90°的时候是具有一致性的。见仿真文件：spher.hfss中syliner模块HFSS仿真——复杂模型由于电脑软件原因，使得仿真