COMSOL Multiphysics 5.0 版本新增了一個背景場特征，可以幫助用戶模擬線偏振平面波。這里，我們將使用案例集錦中一個依賴極化的散射示例來探討這一特征的用法。

“看穿”墻體

假設(shè)一個對象不在您的視線內(nèi)，比如藏在墻后，但您需要確定它的取向。這也是救援人員特別關(guān)注的一個領(lǐng)域。進(jìn)入建筑后，工作人員可能會聽見呼救聲，但很難確定聲音的來源。

MIT 的研究人員開發(fā)了一個便攜設(shè)備來解決這一問題，當(dāng)將設(shè)備指向墻壁后，它會記錄下墻另一側(cè)的任何運(yùn)動，因此尤其適合這類緊急情況。他們將該設(shè)備稱作Wi-Vi ，它通過發(fā)射Wi-Fi 信號來追蹤靠近或遠(yuǎn)離墻壁的運(yùn)動，可以捕獲到小到簡單一步的移動。

在仿真中，我們有時需要確定隱藏對象的取向，從某種意義上講，要能夠看穿墻體。探測介電殼內(nèi)金屬圓桿的取向模型重點(diǎn)考察了依賴于極化的散射，較好地展示了如何使用線性偏振平面波來確定對象的取向。

隱藏在介電殼內(nèi)金屬圓桿的取向

模型包括一個金屬圓桿，桿的取向未知，內(nèi)置在聚苯乙烯泡沫介電殼內(nèi)，殼周圍被空氣環(huán)繞。使用完美匹配層(PML) 圍住了模型域。

介電殼內(nèi)的金屬圓桿

分析重點(diǎn)是檢測散射場最強(qiáng)時金屬桿的極化角。這可以通過計算圓桿對象依賴于極化的散射場，以及針對極化角函數(shù)進(jìn)行參數(shù)化掃描完成。

我們選擇線偏振平面波作為背景場，這是COMSOL Multiphysics 5.0 版本新增的一個背景場波型。線偏振平面波選項提供了一種簡單的背景場定義方式，使我們無須擔(dān)心任意入射角平面波數(shù)學(xué)定義的有效性。

預(yù)定義的初始背景波將按照橫滾角、俯仰角和航向角的順序連續(xù)旋轉(zhuǎn)三次，并發(fā)生轉(zhuǎn)換。如果您對飛行動力學(xué)感興趣，那肯定非常熟悉這些用于定義車輛取向的角度配置。下圖顯示了如何修改這些參數(shù)來定義背景場。

線性極化背景波

橫滾角表示相對+x 方向向右旋轉(zhuǎn)。缺省值是0 rad，對應(yīng)于沿+z 方向的極化。俯仰角表示相對+y方向向右旋轉(zhuǎn)。本例中，缺省值也是0 rad，對應(yīng)于指向+x 方向的初始傳播方向。航向角表示相對于+z 方向向右旋轉(zhuǎn)。在上述模型示例中，平面波的方向由橫滾角決定，極化由航向角的參數(shù)化值決定。

要模擬銅桿，應(yīng)該使用‘阻抗’邊界條件，而且應(yīng)該從模型域中減去內(nèi)體積。從近場到遠(yuǎn)場的轉(zhuǎn)換使我們能夠計算桿的散射場。此外，環(huán)繞空氣的外部還有一個完美匹配層域，作為散射場的吸收器。

我們這里將直接討論模型結(jié)果，您也可以按照案例集錦中的指導(dǎo)自行模擬這一問題。

結(jié)果

下方的第一張繪圖描述了模型在dB 標(biāo)度上的雷達(dá)截面。雷達(dá)截面測量了對象散射或反射射頻(RF) 輻射的能力。當(dāng)雷達(dá)截面變大時，說明可以更輕松地檢測到對象。

從下圖中我們可以看出，最大雷達(dá)截面出現(xiàn)在30º 時，最小出現(xiàn)在120º 時。我們知道當(dāng)極化與圓桿平行時，將發(fā)生最大散射。因此，我們推斷出圓桿的取向為30º 。

雷達(dá)截面圖，結(jié)果顯示出，最大雷達(dá)截面出現(xiàn)在30º 時

第二張繪圖顯示了散射角最大時在xy 平面的電場模。這些結(jié)果顯示出電場類似于偶極天線中的電場。背景場沿桿產(chǎn)生了振蕩電流，桿隨即作為一個偶極子產(chǎn)生輻射。

繪圖顯示了最大散射角下的電場模。電場類似于偶極天線的電場。

來源：微信號COMSOL-China