【無線射頻仿真】-背景場特征在電磁波模擬中的應用

1/1背景場特征在電磁波模擬中的應用COMSOLMultiphysics5.0版本新增了一個背景場特征，可以關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依靠極化的散射示例來探討這一特征的用法。

"看穿'墻體

假設一個對象不在您的視線內(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注的一個領域。進入建筑后，工作人員可能會聽見呼救聲，但很難確定聲音的來源。

MIT的討論人員開發(fā)了一個便攜設備來解決這一問題，當將設備指向墻壁后，它會記錄下墻另一側的任何運動，因此尤其適合這類緊急狀況。他們將該設備稱作Wi-Vi，它通過放射Wi-Fi信號來追蹤靠近或遠離墻壁的運動，可以捕獲到小到簡潔一步的移動。

在仿真中，我們有時需要確定隱蔽對象的取向，從某種意義上講，要能夠看穿墻體。探測介電殼內(nèi)金屬圓桿的取向模型重點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確定對象的取向。

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

分析重點是檢測散射場最強時金屬桿的極化角。這可以通過計算圓桿對象依靠于極化的散射場，以及針對極化角函數(shù)進行參數(shù)化掃描完成。

我們選擇線偏振平面波作為背景場，這是COMSOLMultiphysics5.0版本新增的一個背景場波型。線偏振平面波選項供應了一種簡潔的背景場定義方式，使我們無須擔憂任意入射角平面波數(shù)學定義的有效性。

預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)旋轉三次，并發(fā)生轉換。假如您對飛行動力學感愛好，那確定特別熟識這些用于定義車輛取向的角度配置。下圖顯示了如何修改這些參數(shù)來定義背景場。

線性極化背景波

橫滾角表示相對+x方向向右旋轉。缺省值是0rad，對應于沿+z方向的極化。俯仰角表示相對+y方向向右旋轉。本例中，缺省值也是0rad，對應于指向+x方向的初始傳播方向。航向角表示相對于+z方向向右旋轉。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，應當使用阻抗邊界條件，而且應當從模型域中減去內(nèi)體積。從近場到遠場的轉換使我們能夠計算桿的散射場。此外，環(huán)繞空氣的外部還有一個完善匹配層域，作為散射場的汲取器。

我們這里將直接爭論模型結果，您也可以根據(jù)案例集錦中的指導自行模擬這一問題。

結果

下方的第一張繪圖描述了模型在dB標度上的雷達截面。雷達截面測量了對象散射或反射射頻(RF)輻射的力量。當雷達截面變大時，說明可以更輕松地檢測到對象。

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

雷達截面圖，結果顯示出，最大雷達截面消失在30時

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