COMSOL Multiphysics 5.0 版本新增了一個(gè)背景場(chǎng)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(gè)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(gè)對(duì)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(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入建筑后，工作人員可能會(huì)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(gè)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(huì)記錄下墻另一側(cè)的任何運(yùn)動(dòng)，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(hào)來追蹤靠近或遠(yuǎn)離墻壁的運(yùn)動(dòng)，可以捕獲到小到簡單一步的移動(dòng)。

在仿真中，我們有時(shí)需要確定隱藏對(duì)象的取向，從某種意義上講，要能夠看穿墻體。探測(cè)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(duì)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(gè)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(cè)散射場(chǎng)最強(qiáng)時(shí)金屬桿的極化角。這可以通過計(jì)算圓桿對(duì)象依賴于極化的散射場(chǎng)，以及針對(duì)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(chǎng)，這是COMSOL Multiphysics 5.0 版本新增的一個(gè)背景場(chǎng)波型。線偏振平面波選項(xiàng)提供了一種簡單的背景場(chǎng)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(duì)飛行動(dòng)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(chǎng)。

線性極化背景波

橫滾角表示相對(duì)+x 方向向右旋轉(zhuǎn)。缺省值是0 rad，對(duì)應(yīng)于沿+z 方向的極化。俯仰角表示相對(duì)+y方向向右旋轉(zhuǎn)。本例中，缺省值也是0 rad，對(duì)應(yīng)于指向+x 方向的初始傳播方向。航向角表示相對(duì)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(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)換使我們能夠計(jì)算桿的散射場(chǎng)。此外，環(huán)繞空氣的外部還有一個(gè)完美匹配層域，作為散射場(chǎng)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(cè)量了對(duì)象散射或反射射頻(RF) 輻射的能力。當(dāng)雷達(dá)截面變大時(shí)，說明可以更輕松地檢測(cè)到對(duì)象。

從下圖中我們可以看出，最大雷達(dá)截面出現(xiàn)在30º 時(shí)，最小出現(xiàn)在120º 時(shí)。我們知道當(dāng)極化與圓桿平行時(shí)，將發(fā)生最大散射。因此，我們推斷出圓桿的取向?yàn)?0º 。

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(shí)

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

繪圖顯示了最大散射角下的電場(chǎng)模。電場(chǎng)類似于偶極天線的電場(chǎng)。

來源：微信號(hào)COMSOL-China