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基于表面阻抗边界条件的色散介质薄涂层电磁散射的SIBC-FDTD方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的主要工作及结构安排

1.4 本章小结

第二章 FDTD和SIBC基本理论

2.1 麦克斯韦方程组及其离散化

2.2 FDTD基本点及基本计算区

2.3 三维直角坐标系下的FDTD迭代式

2.4 一维空气中的FDTD迭代式

2.5 表面阻抗边界条件

2.6 本章小结

第三章 色散等离子体薄涂层电磁特性的SIBC-FDTD方法研究

3.1 等离子体薄层的表面阻抗边界条件的FDTD迭代式推导

3.1.1 非磁化等离子体表面阻抗表达式

3.1.2 等离子体薄层表面阻抗边界条件及计算处理过程

3.1.3 表面阻抗边界条件的FDTD迭代式推导

3.2 一维入射波表达式

3.2.1 平行极化波传播的FDTD迭代式

3.2.2 垂直极化波传播的FDTD迭代式

3.3 解析解推导

3.3.1 平行极化波反射系数的解析解推导

3.3.2 垂直极化波反射系数的解析解推导

3.4 数值解的验证

3.4.1 计算模型的建立

3.4.2 垂直入射到等离子体薄层的算例验证

3.4.3 斜入射到等离子体薄层的算例验证

3.5 本章小结

第四章 运用SIBC-FDTD方法计算非磁化等离子体薄层的电磁反射特性

4.1 平行极化波以不同入射角入射情况下的电磁反射特性

4.1.1 d=0.002m时不同入射角入射到非磁化等离子体薄层的反射系数

4.1.2 d=0.006m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.1.3 d=0.01m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.1.4 d=0.02m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.2 垂直极化非磁化等离子体薄层算例验证

4.2.1 d=0.002m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.2.2 d=0.006m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.2.3 d=0.01m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.2.4 d=0.02m时不同入射角下非磁化等离子体薄层的反射系数

4.3 本章小结

第五章 三维立方体涂敷等离子体薄层的SIBC-FDTD公式推导

5.1 三维立方体涂敷等离子体薄层建模

5.2 立方体涂敷等离子体薄层表面阻抗边界条件的FDTD迭代式

5.3 立方体表面涂敷等离子体薄层的棱边电场近似FDTD迭代式

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

附录A:PLRC方法处理卷积

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况

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摘要

等离子体对电磁波的吸收作用使得它在众多领域得到越来越多的应用,包括等离子体隐身中的应用。基于应用的需要,对等离子体电磁特性的研究在近几年成为热门课题之一。计算等离子体电磁特性的方法主要有时域有限差分(FDTD)方法,用它计算电大尺寸目标涂敷等离子体涂层电磁散射特性是一大难点,文章提出运用表面阻抗边界条件方法来达到计算的目的。
   首先计算等离子体薄层与空气界面的表面阻抗表达式,将之运用到边界条件计算式中并变换到时域,再用PLRC方法将时域表达式离散化得到FDTD迭代式。通过数值解得到的反射系数与解析解对比,验证了该方法的准确性。说明了基于表面阻抗边界条件处理一维情形非磁化等离子体薄涂层电磁散射的FDTD方法是有效的。
   在验证该方法正确的基础上,研究不同入射角度情况下和不同等离子体薄层厚度情况下等离子体薄涂层的电磁反射特性。通过改变入射角度,计算了一维情况下,平行极化电磁波入射和垂直极化电磁波入射到金属表面涂敷等离子体薄层的电磁反射系数,定性的分析了不同角度入射情况下的反射情况。通过改变等离子体薄层厚度,计算了等离子体薄层的电磁反射特性随等离子体厚度而变化的规律。然后,建立三维立方体表面涂敷等离子体薄层模型,用表面阻抗边界条件方法推导了三维立方体模型的表面阻抗边界条件FDTD计算公式。为进一步将表面阻抗边界条件方法应用到三维目标电磁散射的理论分析问题上铺平了道路。
   最后对本文的研究情况进行了总结,探讨了本方法在应用中的特点以及下一步研究的方向。

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