基于表面阻抗边界条件的等离子体薄涂层电磁散射的时域有限差分分析

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性, 该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分, 大大减少了计算量. 首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域表达式, 然后代入边界条件并变换到时域, 再用分段线性递推卷积方法将时域表达式离散得到FDTD迭代式. 编程计算了垂直及斜入射情形下的平行极化和垂直极化反射系数, 通过验证算例与解析解对比, 结果表明该方法的准确性和有效性. 最后利用该方法分析了不同入射角对反射系数的影响.     

分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

 对于分层介质中目标散射的时域有限差分（FDTD）计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的１维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。     

用FDTD计算各向异性磁化等离子体涂敷二维目标的RCS

采用z变换方法把时域有限差分方法(FDTD)推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子 体中，该算法同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的计算问题，给出了各向 异性磁化等离子体中FDTD迭代公式.计算了各向异性磁化等离子体涂敷导体圆柱前后其雷达 散射截面(RCS)的变化情况，分析了等离子体碰撞频率和电子回旋频率对其RCS的影响. 关键词： 时域有限差分方法 各向异性磁化等离子体     

三维时变等离子体目标的电磁散射特性研究

基于电流密度拉普拉斯变换方法改进的时域有限差分(LTJEC-FDTD)算法, 研究时变等离子体目标的电磁散射特性.由Maxwell方程和等离子体本构方程出发, 利用拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换, 推导出计算三维时变问题的时域有限差分(FDTD)算法的迭代式. 采用模式匹配方法验证了FDTD迭代式的正确性, 并通过计算等离子体球的雷达散射截面(RCS)验证了算法相关边界的正确性. 最后用LTJEC-FDTD算法分析了涂覆时变等离子体的战斧式巡航导弹的RCS. 关键词： 时变等离子体 雷达散射截面 模式匹配方法 时域有限差分方法     

斜入射非线性电离层Langmuir扰动的电磁波传播特性

基于广义Zakharov模型,结合斜入射等离子体的时域有限差分(FDTD)方法与双流体力学方程,通过由二维麦克斯韦方程等价转换的一维麦克斯韦方程,与等离子体流体力学方程建立了一个电磁波以不同角度入射电离层传播的数值模型.分析推导出TE_z波在斜入射非线性电离层等离子体的支配方程,然后推导了适用于计算电离层电磁波传播特性的FDTD算法.通过仿真来证明该方法在较小倾角下,电磁波对电离层加热形成Langmuir扰动及其传播特性的准确性和有效性.结果表明,在小角度入射下,大功率高频电磁波在电离层等离子体中的O波反射点附近激发出了Langmuir波,同时波粒相互作用导致O波转换为Z波并向电离层更高区域传播.本文进一步研究了基于电离层等离子体的电磁波传播特性,为全面深入分析电离层Langmuir扰动对电离层电波传播特性影响奠定数值算法的基础.     

层状介质时域有限差分方法斜入射平面波引入新方式

应用二维时域有限差分方法分析层状介质中的目标散射时,在总场-散射场边界斜入射平面波源用常规方法难以引入,因为在总场-散射场边界处设置的入射波实际上包含了入射脉冲以及各分层界面的反射和多次反射.为解决这个问题,提出了斜入射平面波的混合引入方式,即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式.对于总场-散射场的纵向侧边界,用含有斜入射角度的修正一维时域有限差分方法,只要在自由空间位置加入入射脉冲就会自行产生由各分层界面形成的反射波,包括多次反射.同时,把纵向总场-散射场侧边界向下延伸,使得总场-散射场下边界位于完全匹配层内,这样透射波和散射波均为外向行波而被吸收.对于总场-散射场的上边界,由于完全位于自由空间中,边界上各点的入射波将是总场-散射场纵向边界角点处入射波的带有时间延迟的复制.数值模拟结果表明了本文所提出方法的正确性和有效性. 关键词： 时域有限差分 层状介质 斜入射平面波 修正一维麦克斯韦方程     

各向异性磁等离子体的辅助方程FDTD算法

通过对辅助方程的差分迭代，给出了一种新的各向异性磁化等离子体的辅助方程时域有限差分(FDTD)算法.并与电流密度卷积(JEC)算法进行了比较.通过计算磁化等离子体平板对平行于磁场传播的电磁波的反射和透射系数，验证了该算法的精度与JEC算法基本相同，而计算效率提高数倍. 关键词： 色散介质 时域有限差分算法 各向异性 磁化等离子体     

一种计算分层半空间上方导线瞬态响应的新方法

提出了一种将时域积分方程(time domain integral equation, TDIE)方法和时域有限差分(finite differnce time domain, FDTD)方法相结合计算分层有耗半空间上方导线瞬态电磁响应的新方法.其中,一维FDTD方法用于计算入射电磁波经分层半空间反射的时域波形.TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应.相关计算理论和数值模拟结果说明了本文方法是一种解决了分层有耗介质上方水平放置导线瞬态响应的高效解决方案. 关键词： 时域积分方程 时域有限差分 细导线 分层半空间     

一种适于1维磁等离子体电磁波传输特性的FDTD分析

 提出了一个新的分析各向异性磁等离子体中电磁波传输特性的时域有限差分（FDTD）方法。该方法是将电流密度矢量与电场强度矢量之间的本构方程基于拉普拉斯变换原理转到复频域,然后再逆变换到时域得到它们之间显式的方程,最后再结合指数差分,得到离散时域的显式的FDTD迭代方程,解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难。该方法在数学上具有简单明了和易于计算的特点,同时通过该方法计算各向异性等离子体板的电磁波反射和透射系数,与其解析解进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性。     

磁化铁氧体电磁散射的移位算子FDTD分析

将移位算子（shift operator,SO）-时域有限差分（fintie difference time domain,FDTD）方法推广到外磁场沿任意方向时磁化铁氧体的情形.从磁化铁氧体的相对磁导系数张量和各向异性情形下Maxwell旋度方程出发,推导出外磁场沿任意方向情形下磁化铁氧体电磁散射的SO-FDTD迭代公式.应用该方法计算了磁化铁氧体层、磁化铁氧体球及含磁化铁氧体涂层的Von Karman形雷达罩电磁散射,数值计算结果表明了该算法的正确有效性. 关键词： 磁化铁氧体 FDTD 移位算子法     

Study on the polarization properties of electromagnetic waves with arbitrary magnetic declination in magnetized plasma

The polarization characteristics of oblique incidence electromagnetic waves in magnetized cold plasma layer are studied using the finite-difference time-domain (FDTD) method based on the trapezoidal recursive convolution (TRC) technology. The TRC-FDTD formulations are derived in detail and are confirmed by computing the reflection and transmission coefficients for the elliptically polarized wave through a magnetized cold plasma slab with arbitrary magnetic direction. Particularly, when the propagation direction of the EM wave is parallel to the magnetic direction, the right-circular-polarized and left-circular-polarized wave should be considered. When the propagation direction of the EM wave is perpendicular to the magnetic direction, the ordinary polarized wave and extraordinary polarized wave should be considered.     

FDTD Analysis of Electromagnetic Reflection by Conductive Plane Covered with Magnetized Inhomogeneous Plasmas

A novel finite-difference time-domain (FDTD) methodology which incorporates both anisotropy and frequency dispersion at the same time is developed for electromagnetic wave propagation in anisotropic magnetoactive plasmas in this paper. The numerical verification of the method are confirmed by computing the reflection and transmission of right-handed/left-handed circularly polarized (RCP/LCP) wave through a magnetized plasma layer, with the direction of propagation parallel to the direction of the biasing field. And, the right-handed / left-handed polarized wave reflection coefficients for electromagnetic signals normally incident upon a conductive plane covered with a layer of magnetized plasma are computed using the new FDTD method. The parabolic electron-number density profile varies only in the direction perpendicular to the plane. The function dependence of reflection coefficients on the number density, collision frequency and external magnetic field is studied.     

磁化铁氧体覆盖二维导体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),且TE波的散射特性与铁氧体介质无关,而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关,同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式,同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷VonKarman型导体柱的TM波双站雷达散射截面,分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明:恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面,本文时谐因子取exp〔jωt〕.     

等离子体的SO-FDTD算法和对电磁波反射系数的计算分析

将一类色散介质的介电常数写成有理分式函数形式，进而导出FDTD中电位移矢量D和电场强度E之间的关系，形成SO-FDTD方法. 应用该方法计算了冷等离子体平板对电磁波的反射系数，通过与解析结果的比较，验证了该算法的高效性和高精度，同时，应用SO-FDTD方法，计算了等离子体层对垂直入射电磁波的反射系数，结果表明：等离子体厚度、电子密度、电子密度的分布形式和入射波频率是影响反射系数的重要因素. 关键词： 等离子体 电磁波 FDTD方法     

等离子体光子晶体的FDTD分析

等离子体光子晶体是等离子体和介质（真空）构成的人工周期性结构.用分段线性电流密度 递归卷积时域有限差分（PLCDRC-FDTD）算法分析了等离子体光子晶体和缺陷等离子体光子 晶体.从时域的角度分析了高斯脉冲在等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和 透射波形.然后，从频域的角度分析了等离子体光子晶体和带缺陷的等离子体光子晶体的电 磁反射系数和透射系数.计算表明，等离子体光子晶体对频率小于等离子体频率的低频电磁 波几乎完全反射，而透射的电磁波则为频率高于等离子体频率的电磁波.在高频，等离子体 光子晶体则出现类似一般光子晶体的光子带隙特性. 关键词： 等离子体 光子晶体 时域有限差分法 等离子体光子晶体     

Bandgap characteristics of 2D plasma photonic crystal with oblique incidence:TM case

A novel periodic boundary condition (PBC), that is the constant transverse wavenumber (CTW) method, is introduced to solve the time delay in the transverse plane with oblique incidence. Based on the novel PBC, the FDTD/PBC algorithm is proposed to study periodic structure consisting of plasma and vacuum. Then the reflection coefficient for the plasma slab from the FDTD/PBC algorithm is compared with the analytic results to show the validity of our technique. Finally, the reflection coefficients for the plasma photonic crystals are calculated using the FDTD/PBC algorithm to study the variation of bandgap characteristics with the incident angle and the plasma parameters. Thus it has provided the guiding sense for the actual manufacturing plasma photonic crystal.     

FDTD model of non-magnetized plasma coatings on metals based on collocated surface impedance boundary conditions

A finite-difference time-domain (FDTD) model is developed for non-magnetized plasma thin layers on metal surfaces illuminated by vertical polarization (TE) and parallel polarization (TM) plane waves at oblique incidence. The model is based on collocated first-order surface impedance boundary conditions (SIBCs), permitting one to remove the plasma coating and the substrate from the computational space. The reflection of TE and TM plane waves at varying oblique incident angles from the plasma coating surfaces is simulated. The results are numerically verified by the comparison with the exact results in the one-dimensional situation. Magnitude and phase error of the calculated reflection coefficients are studied to illustrate that the proposed model has greatly improved accuracy over the original SIBCs implementation. Finally, we calculate the radar cross-section (RCS) of a perfectly conducting cube covered with plasma coatings utilizing the proposed collocated SIBCs, which further demonstrates the practical application of the model.     

FDTD Simulation of Electromagnetic Reflection of Conductive Plane Covered with Imhomogeneous Time-Varying Plasma

A finite-difference time-domain (FDTD) algorithm is applied to study the electromagnetic reflection of conduction plane covered with inhomogeneous, collision, warm, time-varying plasma. The collision frequency of plasma is a function of electron density and plasma temperature. Under the one-dimensional case, transient electromagnetic propagation through various plasmas have been obtained, and the reflection coefficient of EM wave through inhomogeneous time-varying plasma (ITVP), homogeneous time-varying plasma (HTVP) and inhomogeneous plasma (IP) are calculated under different conditions. The results illustrate that a plasma cloaking system can successfully absorb the incident EM wave.