粗糙面及其與目標(biāo)復(fù)合電磁散射的FDTD方法研究.pdf

1、本文采用時域有限差分方法(Finite Difference Time Domain，F(xiàn)DTD)深入系統(tǒng)地研究了粗糙面及其與目標(biāo)的復(fù)合電磁散射問題。首先研究了時諧場源激勵下粗糙面及其與目標(biāo)的復(fù)合電磁散射特性；隨后從時域角度出發(fā)，分析了脈沖波源激勵下均勻介質(zhì)、色散粗糙面以及它們與目標(biāo)的復(fù)合散射特性；最后研究了各向異性媒質(zhì)的散射特性，并精確求解了無耗半空間中目標(biāo)的遠(yuǎn)區(qū)散射場。論文的主要工作如下：
　　 1、基于二維空間中FDTD方法

2、的基本原理，系統(tǒng)地分析了時諧場源激勵下一維粗糙面及其與二維目標(biāo)的復(fù)合散射特性，包括一維單層粗糙面的散射、一維分層粗糙面的散射、一維單層粗糙面與二維目標(biāo)以及一維分層粗糙面與二維目標(biāo)的復(fù)合散射問題。并將FDTD的計算結(jié)果與MOM的結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明具有很好的一致性。
　　 2、采用三維空間中并行FDTD方法的基本原理并結(jié)合二維粗糙面散射基本理論，詳細(xì)地研究了時諧場源激勵下二維單層粗糙面的散射、二維分層粗糙面的散射以及二維單層粗

3、糙面與三維目標(biāo)的復(fù)合電磁散射。并將二維單層粗糙面的散射結(jié)果與基爾霍夫近似方法的結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明兩者在中小散射角范圍內(nèi)吻合得很好。
　　 3、推導(dǎo)了二維和三維FDTD空間中瞬態(tài)場的外推公式，從時域角度出發(fā)，分別研究了脈沖波源激勵下一維粗糙面的散射、一維粗糙面與二維目標(biāo)的復(fù)合散射、二維粗糙面的散射、二維粗糙面與三維目標(biāo)的復(fù)合散射特性，并與時諧場源激勵下的結(jié)果進(jìn)行了比較和驗(yàn)證。
　　 4、推導(dǎo)了Debye媒質(zhì)、Lore

4、ntz媒質(zhì)以及Drude媒質(zhì)的ADE-FDTD公式，為了能更好的吸收外向行波，引入CPML來截斷色散媒質(zhì)。從時域角度出發(fā)，數(shù)值計算了脈沖波源激勵下一維半空間Debye、Lorentz以及Drude媒質(zhì)的反射和透射系數(shù)，并與解析法的結(jié)果進(jìn)行了比較。另外以單極和雙極Debye模型為例，分析了一維色散海水、土壤及其與二維目標(biāo)的復(fù)合電磁散射特性，并與時諧場源激勵下的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 5、根據(jù)Yee元胞理論，采用均值及插值技術(shù)，詳細(xì)

5、推導(dǎo)了二維和三維空間中電、磁各向異性媒質(zhì)的FDTD公式，研究了二維和三維各向異性目標(biāo)的電磁散射特性，并與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行了比較和驗(yàn)證。同時采用MIPML來截斷各向異性媒質(zhì)，以TM波模式為例，數(shù)值計算了一維各向異性粗糙面的散射系數(shù)角分布。
　　 6、從麥克斯韋方程出發(fā)，利用無耗半空間中平面波的混合方式引入法，得到了精確的近場結(jié)果，同時運(yùn)用半空問中近一遠(yuǎn)場的外推公式，獲得了無耗半空間中目標(biāo)的遠(yuǎn)區(qū)散射場，并與文獻(xiàn)中三波法的結(jié)果進(jìn)行了比