 |
تحلیل مقطع راداری مجانبی سریع یک کره رسانا
معرفی
این مثال از تکنیک های مجانبی برای مطالعه پاسخ مقطع راداری (RCS) یک کره رسانا استفاده می کند. رابط فیزیک انتخاب شده با استفاده از فرمول Stratton-Chu، میدان صفحه-موج فرودی روی مرزها را به میدان دور تبدیل می کند. نتایج محاسبه شده با مقدار RCS مجانبی شناخته شده یک کره رسانا در ناحیه نوری مقایسه می شود. منطقه نوری یکی از سه ناحیه پراکندگی مورد استفاده در اصطلاحات رادار است. مناطق دیگر مناطق Rayleigh و Mie هستند. برای بحث در مورد اندازه کره مشخصه a برای سه ناحیه پراکنده به جدول 1 زیر مراجعه کنید .
منطقه | اندازه یک کره |
ریلی | r 0 << λ 0 |
می | بین Rayleigh و ناحیه نوری |
نوری | r 0 >> λ 0 ، به طور معمول 2 π r 0 / λ 0 > 10 |
شکل 1: برخورد میدان پس زمینه روی سطح یک کره PEC با الگوی RCS سه بعدی که تا حدی شفاف است رسم شده است.
تعریف مدل
رابط فیزیک امواج الکترومغناطیسی، پراکندگی مجانبی برای تقریب میدان دور پراکنده یک جسم که فقط با شرایط مرزی رسانای الکتریکی کامل (PEC) پیکربندی شده است، مفید است. میدان پس‌زمینه برخوردی یک موج قطبی z است که در امتداد محور x مثبت منتشر می‌شود . فقط PEC در این رابط فیزیک موجود است. بنابراین، کره به طور پیش فرض روی PEC تنظیم شده است. ویژگی محاسبه میدان دور، میدان پس زمینه سطح روی پراکنده فلزی را به میدان دور تبدیل می کند. نیازی به اضافه کردن یک حوزه هوای اطراف و شرایط مرزی جذب کننده مانند آنالیز اجزای محدود معمولی نیست.
نتایج و بحث
پس از محاسبه، دو نمودار پیش فرض تولید می شود. آنها نمودار سطح میدان پس زمینه روی کره ( شکل 2 ) و نمودار 1 بعدی RCS ( شکل 3 ) هستند. شکل 2 مولفه z میدان پس زمینه را نشان می دهد که روی کره رسانا پیش بینی شده است. این میدان دارای تغییرات فضایی سینوسی با طول موج مربوط به فرکانس شبیه سازی 30 گیگاهرتز است.
شکل 2: مولفه z میدان الکتریکی پس زمینه روی سطح یک کره فلزی که به عنوان رسانای الکتریکی کامل مدل شده است.
نمودار RCS پیش فرض برای نشان دادن مقدار لگاریتمی RCS بیستاتیک اصلاح شده است. هنگام محاسبه RCS تک استاتیک، زاویه برخورد میدان پس‌زمینه متناسب با هر زاویه مشاهده RCS افزایش می‌یابد. در اینجا، تجزیه و تحلیل bistatic ساده تر است: جهت انتشار میدان پس زمینه در یک زاویه ثابت است در حالی که RCS در هر زاویه مشاهده اندازه گیری می شود. برای یک کره الکتریکی بزرگ در ناحیه نوری، مقدار RCS مرجع را می توان با محاسبه کرد
که r 0 شعاع یک کره است.
شکل 3: نمودار RCS bistatic با مقیاس dB با مقدار RCS مجانبی شناخته شده کره در ناحیه نوری.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
عمل Compute یک محاسبات واقعی را انجام نمی دهد. در عوض، این یک پیش فرآیند برای تبدیل میدان دور مورد استفاده در نمودار نتایج است. در لحظه ای که روی یکی از نمودارهای پیش فرض ایجاد شده کلیک می کنید، پس پردازش یک عبارت میدان دور انجام می شود. اگرچه این یک روش مجانبی سریع است، اما هنوز هم برای تجسم پاسخ میدان دور سه بعدی یک ساختار ریز مشبک، که از نظر طول موج یک پراکنده الکتریکی بزرگ است، زمان نیاز است.
استفاده از این رابط فیزیک خاص محدود به یک پراکنده محدب شکل است که در آن بازتاب های متعدد انتظار نمی رود.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Scattering_and_RCS/rcs_sphere_asymptotic
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، پراکندگی مجانبی (ewas) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
f0 | 30 [گیگاهرتز] | 3E10 هرتز | فرکانس |
lda0 | c_const/f0 | 0.0099931 متر | طول موج |
r0 | 5*lda0 | 0.049965 متر | شعاع کره |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
هندسه 1
کره 1 (sph1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Sphere کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Sphere ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، r0 را تایپ کنید . |
4 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، پراکندگی مجانبی (EWAS)
از تنظیمات پیش فرض استفاده کنید. میدان پس‌زمینه موج پلاریزه z در جهت x مثبت در خلاء منتشر می‌شود.
مش 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
میدان الکتریکی پس زمینه (WAS)
این میدان الکتریکی پس‌زمینه ( z -component) است که کره را روشن می‌کند.
RCS، xy-plane
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Radar Cross Section (ewas) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، RCS، xy-plane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش ارزیابی را پیدا کنید . زیربخش Angles را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of angles عدد 720 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
5 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
استفاده از تبدیل میدان دور |
RCS، مجانبی در ناحیه نوری شناخته شده است
1 | روی RCS، xy-plane راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، RCS را که در ناحیه نوری مجانبی شناخته می شود، در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، 10*log10(pi*r0^2) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
مجانبی شناخته شده است |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، دایره را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن شماره ، 1 را تایپ کنید . |
مقطع رادار (ewas)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Radar Cross Section (ewas) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Polar Plot Group ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | تیک گزینه Manual axis limits را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت حداقل متن r ، -50 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Radar Cross Section (ewas) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نتایج محاسبه‌شده مقطع رادار بیستاتیک (RCS) با مقدار RCS پراکندگی معکوس مجانبی شناخته شده در ناحیه نوری مقایسه می‌شود.
