 |
تشخیص جهت یک سیلندر فلزی تعبیه شده در یک پوسته دی الکتریک
معرفی
یک میله استوانه ای فلزی در داخل یک پوسته دی الکتریک کروی پنهان شده است و جهت آن مشخص نیست. با مطالعه میدان پراکنده وابسته به قطبش یک جسم استوانه ای و انجام یک جارو پارامتریک به عنوان تابعی از زاویه قطبش، میله برای زاویه قطبش که در آن میدان پراکنده بالاترین است، تشخیص داده می شود. این مدل از یک موج هواپیمای قطبی خطی برای میدان پس‌زمینه استفاده می‌کند و الگوهای تابش میدان دور را محاسبه می‌کند.
شکل 1: یک میله مسی در داخل یک پوسته فوم پلی استایرن کروی. برخی از قسمت ها به منظور تجسم حذف می شوند.
تعریف مدل
یک میله مسی استوانه ای در یک پوسته دی الکتریک به ضخامت 2 سانتی متر پلی استایرن ( ε r = 1.03) که با هوا پر شده است محصور شده است . میله مسی در صفحه xy قرار دارد ، اما جهت آن ناشناخته است. پوسته دی الکتریک توسط هوا احاطه شده است و کل دامنه مدل توسط لایه های کاملاً منطبق محصور شده است.
این مدل با استفاده از فرمول میدان پراکنده حل می‌شود، در حالی که از موج صفحه پلاریزه خطی داخلی برای میدان پس‌زمینه استفاده می‌شود. بردار موج میدان پس‌زمینه پس از اینکه از موج اولیه جهت + x با زاویه گام 90 درجه تبدیل شد، به سمت جهت z اشاره می‌کند . قطبش با مقدار پارامتری زاویه انحراف تعیین می شود که از 0 تا 175 درجه متغیر است.
میله مسی با استفاده از شرایط مرزی امپدانس مدل سازی شده و حجم داخلی آن از دامنه مدل حذف می شود. این کار به این دلیل انجام می شود که عمق پوست بسیار کوچکتر از اندازه میله است. میدان پراکنده میله بر روی مرزهای پیکربندی شده توسط گره دامنه دور و ویژگی فرعی محاسبه میدان دور آن با انجام تبدیل میدان نزدیک به میدان دور محاسبه می شود.
یک دامنه لایه کاملاً منطبق (PML) خارج از حوزه هوای اطراف است و به عنوان یک جاذب میدان پراکنده عمل می کند. PML در نیم طول موج دور از پوسته دی الکتریک قرار می گیرد.
نتایج و بحث
شکل 2 سطح مقطع راداری (RCS) نمونه را در مقیاس دسی بل نشان می دهد. حداکثر زمانی رخ می دهد که زاویه انحراف برای قطبش 30 درجه باشد، در حالی که حداقل مقدار در 120 درجه رخ می دهد. حداکثر پراکندگی زمانی که قطبش موازی با سیلندر باشد مشخص است. این بدان معناست که سیلندر در جهت 30 درجه نسبت به محور x قرار گرفته است .
شکل 2: حداکثر مقطع راداری (RCS) در 30 درجه مشاهده می شود. با توجه به جهت استوانه، هنگامی که زاویه قطبش میدان پس زمینه 45 درجه چرخانده شود، RCS 3dB کمتر از حداکثر است.
شکل 3 هنجار میدان الکتریکی را در صفحه xy در حداکثر زاویه پراکندگی نشان می دهد. میدان الکتریکی شبیه آنتن دوقطبی است. میدان پس زمینه جریان نوسانی را در امتداد میله القا می کند که سپس به صورت دوقطبی تابش می کند.
شکل 3: هنجار میدان الکتریکی در صفحه xy در حداکثر زاویه پراکندگی
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Scattering_and_RCS/cylinder_orientation
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، دامنه فرکانس (emw) 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 |
آلفا | 0 [درجه] | 0 راد | زاویه پلاریزاسیون |
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 ، 0.34 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.03 |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
کره 2 (sph2)
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 0.16 را تایپ کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.02 |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.01 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.15 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -0.075 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
چرخش 1 (rot1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی cyl1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، قسمت چرخش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Angle text عدد 30 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه تمام شده باید شبیه این باشد.
تعاریف
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4، 12، 13، 16 و 19 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 1-10، 12-19 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس ، بخش Formulation را پیدا کنید . |
8 | از لیست، قسمت Scattered را انتخاب کنید . |
9 | از لیست نوع موج پس زمینه ، موج صفحه قطبی خطی را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت نوشتار Pitch angle ، 90[deg] را تایپ کنید . |
11 | در قسمت نوشتار زاویه یاو ، آلفا را تایپ کنید . |
دامنه میدان دور 1
در نوار ابزار Physics ، روی Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .
Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .شرایط مرزی امپدانس 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Impedance Boundary Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای وضعیت مرزی امپدانس ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 25-29، 62 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
مواد
مواد 1 (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
مواد 2 (mat2)
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 6-9، 14-15، 17-18 را در قسمت انتخاب متن وارد کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 1.03 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
مس (mat3)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 25-29، 62 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
اینها همان مرزهایی هستند که وضعیت مرزی امپدانس را تعیین کرده اید.
5 | روی OK کلیک کنید . |
تعاریف
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن فیزیک ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 6، 10، 18، 22، 31، 34، 36، 38، 41، 43 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
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
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
آلفا (زاویه پلاریزاسیون) | محدوده (0 [درجه]، 5 [درجه]، 175 [درجه]) | راد |
مرحله 1: دامنه فرکانس
در نوار ابزار مطالعه ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
گروه طرح 1 بعدی 4
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .نمودار نقطه 1
1 | روی 1D Plot Group 4 کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 19 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Expression text، 10*log10(4*pi*(emw.normEfar)^2) را تایپ کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Expression text، آلفا را تایپ کنید . |
7 | از لیست واحد ، ° را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار 1D Plot Group 4 ، روی  Plot کلیک کنید . |
نشانگر نمودار 1
1 | روی Point Graph 1 کلیک راست کرده و Graph Marker را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Graph Marker ، بخش Text Format را پیدا کنید . |
3 | تیک Show x-coordinate را انتخاب کنید . |
4 | چک باکس Include unit را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست نقطه لنگر ، وسط سمت چپ را انتخاب کنید . |
این شکل 2 را بازتولید می کند .
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 5-11، 14-15، 17-18 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Electric Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (آلفا (راد)) ، 0.5236 را انتخاب کنید . |
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
فلش جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Arrow Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electromagnetic Waves, Frequency Domain>Electric>emw.relEx,…,emw.relEz – Relative electric field را انتخاب کنید . |
3 | قسمت تعیین موقعیت پیکان را پیدا کنید . زیربخش X grid points را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 31 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش نقاط شبکه Y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 31 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش نقاط شبکه Z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از فهرست طول پیکان ، Logarithmic را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی فلش جلد 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>Thermal را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
8 | تیک Color legend را پاک کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | تیک Color legend را پاک کنید . |
4 |  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>GrayScale را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 25–29 و 62 را انتخاب کنید. |
3 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار بازتولید شده را با شکل 3 مقایسه کنید .
میدان دور سه بعدی (EMW)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی 3D Far Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (آلفا (راد)) ، 0.5236 را انتخاب کنید . |
الگوی تشعشع 1
نمودار تابش میدان دور سه بعدی شبیه آنتن دوقطبی است.
