时域有限差分方法在层状介质空间中的处理技术

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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）译文用纸第17页共17页第四章应用举例在这一章中，我们提出，演示了在第二章（近场到远场的变换）和第三章（总场/散射场边界条件）在层状介质有限时域差分分析方法的技术应用实例。在前面的章节中，我们考虑的例子，涉及的方法是各自章的主题。例如，我们只考虑从放置在半空间和第2章中接地板结构的远场辐射。同样，我们只研究了第三章中的TF/SF（总场/散射场）的边界性能（即，抑制入射平面波，散射波的透射度）在这一章中，我们使用第2-3章中发展的两种方法;也就是说，利用TF/SF的边界和近场到远场变换这两个例

2、子。4.1层状介质的散射在本节中，我们考虑两个问题，当入射场为平面波放置的对象，涉及放置在多层介质中理想导电物体的散射。引入到FDTD的网格入射平面波的过程，有必要使用TF/SF多层介质边界，而从散射物体远区场的散射计算是由NFFFT完成。使用这种方法获得成功，在图6的NFFFT的字段中必须只包括散射场。这确实是的TF/SF的边界技术的基本前提：只允许散射场退出边界。在3.4节中提到散射波TF/SF的边界透明度。在多层介质中散射问题的一般配置如图33所示。在多层介质中TF/SF的边界包含的缺陷（或散射），记为A集体应用于现

3、场改正的TF/SF的边界包含一个平面波，用TF/SF的边界左上角箭头表示。散射结构创建了一个散射波，用TF/SF的边界右上角箭头表示。这波完全透明退出边界，并达到近场到远场的变换，如图33用S表示。由于多层介质中的散射结构，在S中切向电场Et和磁场Ht属于散射波。以下内容是这里的重点：在图33方框S区域中NFFFT，不包括入射平面波。这是因为入射平面波几乎完全包含在TF/SF的边界里面，即NFFFT的方框S里面。图33：在多层介质中平面电磁波散射问题所采用的配置桂林电子科技大学毕业设计（论文）译文用纸第17页共17页作为我

4、们第一个例子，我们重新考虑在第3.4节的情况。这个例子如几何图31所示。在这个例子中，一个PEC直角棱镜的尺寸是5cm×0.4cm×5cm，被放置在一个1厘米深的半空间介质（或地面）中，一个在半空间中的高斯包络平面波是入射的。在图32（b）中PEC棱镜的散射波是可见的，但没有讨论电场的辐射。我们现在量化几何辐射电场采用第2章中研究的NFFFT。在图34和图35中，从PEC棱镜辐射电场（被1/r规一化）的散射，在xz平面和YZ平面上以各自不同的角度显示。这两个数字，第一子图用ψ表示该部分，第二子图用φ表示辐射电场。时间被τL

5、=L/v归一化，其中L=5厘米是最大尺寸的PEC棱镜。是在介质中的地面传播速度。电场的辐射波形在时间轴的正半轴,点远离该轴（逆时针方向）。图34（a），图35（a）和图35（b）中的波形绘制在同一尺度中；而图34（b）被放大了10倍。入射平面波的高斯波形为参考原点。在图34（a)–图35（b）振幅ψ，电场辐射分量φ的相对差异可以通过简单的参数定性解释。例如，在图34（b）中，我们观察到在xz平面φ子源的辐射电场具有最小的平均幅度。这完全是因为在PEC棱镜的表面电流大多在与xz平面平行的平面上，这是一个无效的平面，由电流辐射

6、的电场分量φ组成。在xz平面的辐射电场φ分量是由平行于YZ面和xy平面中的表面电流产生的。与平行于xz平面的两个面相比，这个面又较小的面积。注意图35（a）中，ψ接近90°时ψ的辐射电场的振幅将减小。这是因为在平行于xz平面的表面上的电流ψ分量，Z轴是零位轴。正如我们的第二个例子，我们考虑如图36所示的几何形状。在这几何图中，一个直角棱镜PEC再次放置在两层介质中，类似前面图31所示的例子。PEC的棱镜的尺寸和前面的一样：长=5厘米，宽=0.4厘米，高=4厘米。在这里，上半部空间比下半部空间有较高的相对介电常数：r0=2.

7、5>r1=2。这将允许非均匀平面波为在3.3.3章节的例子做创造。如图24，图26和图30中，入射平面波的传播方向在xz平面和z轴角度θ=70°上。入射平面波的极化如图24（a）所示。模拟时域有限差分和入射平面波电场波形的参数与图30中使用的相同。正弦调制高斯波形的参考点为原点。图34：平面波从埋在地下介质中的PEC矩形棱镜的散射（a）ψ部分，在xz平面的散射电场（b）φ部分（由10个扩增）。桂林电子科技大学毕业设计（论文）译文用纸第17页共17页图35：平面波从埋在地下介质中的PEC矩形棱镜的散射（a）ψ部分，在yz平面

8、的散射电场（b）φ部分。图36：非均匀平面波散射问题的几何形状。（a）截面在xz平面。（b）截面在yz平面。没有PEC的散射，入射平面波完全在分界面反射，一个在标准的分界面方向衰减的非均匀平面波，在较低的半空间形成。该例子是先前在第3.3.3节图30（a）所示。在这里，我们探讨了放置在下半部分的空间PE