दुश्मन के राडार द्वारा पता लगाने से बचने के लिए, आधुनिक लड़ाकू विमानों, जहाजों और मिसाइलों में सबसे छोटा प्रभावी फैलाव क्षेत्र (ईपीआर) होना चाहिए। इस तरह की असंगत वस्तुओं को विकसित करने वाले वैज्ञानिक और इंजीनियर, कम्प्यूटेशनल इलेक्ट्रोडायनामिक्स के तरीकों का उपयोग करते हुए, रडार का उपयोग करते समय ईपीआर और मनमानी वस्तुओं के बिखरने वाले प्रभावों का अनुकूलन करते हैं। प्रश्न में ऑब्जेक्ट सभी दिशाओं में उस पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों की घटना को कुरेदता है, और ऊर्जा का हिस्सा तथाकथित की प्रक्रिया में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्रोत पर लौट आया बैकस्कैटरिंग, ऑब्जेक्ट का एक प्रकार का "इको" बनाता है। ईपीआर एक रडार इको सिग्नल की तीव्रता का एक मापक है।

व्यवहार में, एक संदर्भ प्रवाहकीय क्षेत्र का उपयोग रडार के अंशांकन के लिए एक वस्तु के रूप में किया जाता है। ईपीआर की संख्यात्मक गणना को सत्यापित करने के लिए समस्या का एक समान सूत्रीकरण का उपयोग किया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रोडायनामिक्स की इस शास्त्रीय समस्या का समाधान 1908 में गुस्ताव एमआई द्वारा प्राप्त किया गया था।

इस नोट में, हम एक प्रभावी दो-आयामी अक्षीय सूत्रीकरण का उपयोग करते हुए इस तरह की संदर्भ गणना करने के बारे में बात करेंगे, और COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स ^® में बिखरने वाली समस्याओं की एक विस्तृत श्रेणी को हल करने के लिए सामान्य सिद्धांतों पर ध्यान दें।

चित्र 1। विद्युत क्षेत्र (इसका मानदंड) और समय-औसत ऊर्जा प्रवाह (तीर) का वितरण पूरी तरह से मुक्त अंतरिक्ष में एक सुव्यवस्थित क्षेत्र के आसपास करना।

आचार क्षेत्र का बिखरना: आकार मायने रखता है

क्लासिक संदर्भ उदाहरण में , पूरी तरह से मुक्त क्षेत्र में धातु के गोले को एक विमान विद्युत चुम्बकीय तरंग के साथ विकिरणित किया जाता है और EPR की गणना की जाती है।

आउटपुट पर, स्कैटरिंग की गणना आमतौर पर गोले और तरंग दैर्ध्य के त्रिज्या के विभिन्न अनुपातों के लिए की जाती है, जिसके आधार पर तीन क्षेत्रों को प्रतिष्ठित किया जाता है: रेले , ऑप्टिकल और संक्रमण एम आई बैंड।

अंजीर। 2. तरंग दैर्ध्य (डबल लॉगरिदमिक पैमाने पर) पर ईपीआर की निर्भरता का एक ग्राफ। तीन विशिष्ट क्षेत्र प्रतिष्ठित हैं: रेले, एमआई और ऑप्टिकल। ब्लैक डॉटेड लाइनें रेले और ऑप्टिकल ज़ोन के लिए असममित समाधान दिखाती हैं।

ईपीआर विशेषताओं को उस वस्तु के विद्युत आकार और भौतिक गुणों से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित किया जाता है जिस पर रडार बीम घटना है। चूंकि वस्तु का विद्युत आकार - हमारे मामले में, गोलाकार - ऑप्टिकल रेंज से रेले क्षेत्र (एम-बैंड के माध्यम से) में गुजरते समय घटता है, असममित तरीके सभी भौतिक घटनाओं के योगदान को ध्यान में रखने के लिए पर्याप्त सटीकता प्रदान नहीं करेंगे। सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए, पूर्ण-तरंग तकनीकों का उपयोग करके समस्या को हल किया जाना चाहिए।

तीन-आयामी सेटिंग में, यहां तक ​​कि पूरी तरह से मिलान की गई परतों (परफेक्टली मैचेड लेयर्स - पीएमएल) के उपयोग को ध्यान में रखते हुए, जो कम्प्यूटेशनल डोमेन को प्रभावी ढंग से सीमित करते हैं और खुली सीमाओं का अनुकरण करते हैं, और समरूपता की स्थिति, आवृत्ति / तरंग दैर्ध्य में विस्तृत रिज़ॉल्यूशन के साथ एक गणना में काफी समय लग सकता है।

इलेक्ट्रोडायनामिक गणना के लिए समरूपता की स्थिति निर्धारित करना

अधिक जानकारी यहाँ ।

सौभाग्य से, यदि वस्तु अक्षीय है और तरंगों को अलग-थलग करती है, तो पूर्ण 3 डी विश्लेषण की आवश्यकता नहीं है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार और किसी वस्तु के गुंजयमान व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए, यह कुछ परिस्थितियों में दो-आयामी अक्षीय सूत्रीकरण में अपने क्रॉस सेक्शन के लिए गणना करने के लिए पर्याप्त है।

माइक्रोवेव प्रक्रिया का द्वि-आयामी अक्षमितीय मॉडल: एक आंतरिक रूप

मान लीजिए कि हमारा क्षेत्र धात्विक है और उच्च चालकता है। इस कार्य के लिए, गोले की सतह को सही विद्युत कंडक्टर (परफेक्ट इलेक्ट्रिक कंडक्टर - PEC) के रूप में सेट किया गया है, और इसके आंतरिक भाग को गणना क्षेत्र से बाहर रखा गया है। इसके आसपास के क्षेत्र को संबंधित भौतिक गुणों के साथ एक वैक्यूम के रूप में परिभाषित किया गया है, और गोलाकार पीएमएल का उपयोग सबसे बाहरी परत में किया जाता है, जिसका उपयोग सभी आउटगोइंग तरंगों को अवशोषित करने और कम्प्यूटेशनल डोमेन की सीमाओं से प्रतिबिंब को रोकने के लिए किया जाता है।

तरंग विद्युतचुंबकीय समस्याओं में धातु की वस्तुओं की मॉडलिंग

फ़्रीक्वेंसी डोमेन में इलेक्ट्रोडायनामिक्स की समस्याओं के संख्यात्मक समाधान के लिए, धातु की वस्तुओं के कुशल मॉडलिंग के लिए कई तरीके हैं। नीचे दिया गया चित्रण संक्रमण सीमा स्थिति (TBC), प्रतिबाधा सीमा स्थिति (IBC) और परफेक्ट इलेक्ट्रिक कंडक्टर (PEC) स्थितियों का उपयोग करने के लिए तकनीकों और सिफारिशों को दर्शाता है।

उनमें से प्रत्येक के आवेदन पहलुओं का विस्तृत विश्लेषण यहां है ।

अंजीर। 3. कोस्मोलमेट्रिक फॉर्म्युलेशन के लिए ज्यामिति और COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स ^® ग्राफिकल इंटरफ़ेस में बाएं परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ पृष्ठभूमि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की स्थापना।

कम्प्यूटेशनल डोमेन (पीएमएल को छोड़कर) में, जेड अक्ष की नकारात्मक दिशा में निर्देशित बाएं परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ पृष्ठभूमि क्षेत्र का उत्तेजना निर्दिष्ट है (छवि 3)। कृपया ध्यान दें कि गणना केवल पहले अज़ीमुथल मोड के लिए सेट की गई है।

डिफ़ॉल्ट रूप से, COMSOL Multiphysics® में माइक्रोवेव कार्यों के लिए ^, फ्री डोमेन (फ्रीक्वेंसी डोमेन अध्ययन) में अध्ययन के लिए निर्दिष्ट अधिकतम आवृत्ति के लिए ^एक नि: शुल्क त्रिकोणीय (या 3 डी समस्याओं के लिए टेट्राहेड्रल) ग्रिड स्वचालित रूप से बनाया गया है, जो इस उदाहरण में 200 मेगाहर्ट्ज है। मॉडल में तरंग प्रक्रियाओं के पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन को सुनिश्चित करने के लिए, अधिकतम जाल तत्व का आकार 0.2 तरंग दैर्ध्य के बराबर सेट किया गया है। दूसरे शब्दों में, स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्रति तरंगदैर्ध्य के पांच सेकंड-ऑर्डर तत्वों के रूप में निर्दिष्ट किया गया है। पूरी तरह से मेल खाती परतों में, ग्रिड का निर्माण अवशोषण दिशा में खींचकर किया जाता है, जो अधिकतम पीएमएल प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।

क्योंकि चूंकि मॉडल में स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या बहुत कम है (तीन आयामी सूत्रीकरण की तुलना में), इसकी गणना में केवल कुछ सेकंड लगते हैं। आउटपुट पर, उपयोगकर्ता क्षेत्र के पास (निकट क्षेत्र में) विद्युत क्षेत्र के वितरण को प्राप्त और कल्पना कर सकता है, जो पृष्ठभूमि और बिखरे हुए क्षेत्रों का योग है।

इस कार्य के लिए, सबसे दिलचस्प विशेषताएं सुदूर क्षेत्र क्षेत्र से संबंधित हैं। उन्हें मॉडल में प्राप्त करने के लिए, आपको कम्प्यूटेशनल डोमेन की बाहरी सीमा (इस मामले में, आंतरिक पीएमएल सीमा) पर दूर-क्षेत्र गणना स्थिति को सक्रिय करने की आवश्यकता है, जो आपको स्ट्रैटन-चू अभिन्न संबंधों के आधार पर किसी भी बिंदु पर कम्प्यूटेशनल डोमेन के बाहर सुदूर क्षेत्र में फ़ील्ड की गणना करने की अनुमति देता है। सक्रियण एक अतिरिक्त चर जोड़ता है - दूर क्षेत्र में फ़ील्ड आयाम, जिसके आधार पर पोस्ट-प्रोसेसिंग सॉफ़्टवेयर में इंजीनियरिंग चर की गणना की जाती है जो IEEE मानकों का अनुपालन करते हैं: प्रभावी isotropically विकीर्ण शक्ति, लाभ (तथाकथित लाभ, इनपुट बेमेल को ध्यान में रखते हुए), गुणांक। दिशात्मक कार्रवाई और ईपीआर।

ध्रुवीय ग्राफ के अनुसार, एक विशेषज्ञ एक निश्चित विमान में दूर क्षेत्र में क्षेत्र की प्रत्यक्षता निर्धारित कर सकता है, और दूर क्षेत्र में एक तीन आयामी विकिरण पैटर्न बिखरने क्षेत्र (छवि 4) के अधिक विस्तृत अध्ययन की अनुमति देता है।

अंजीर। 4. COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स® में दो-आयामी अक्षीय मॉडल के आधार पर दूर के क्षेत्र में तीन आयामी क्षेत्र दृश्य।

त्रि-आयामी समस्या के लिए समाधान पुनर्प्राप्ति

एक्सिसिमेट्रिक फॉर्मुलेशन में "शॉर्ट" मॉडल के लिए परिणाम एक गोलाकार ध्रुवीकृत पृष्ठभूमि क्षेत्र के साथ संवाहक क्षेत्र को विकिरणित करने की प्रक्रिया से संबंधित हैं। मूल 3 डी समस्या में, बिखरे हुए क्षेत्र की विशेषताओं का अध्ययन एक रैखिक ध्रुवीकृत विमान लहर के मामले के लिए किया जाता है। इस अंतर को कैसे प्राप्त करें?

परिभाषा के अनुसार, दाएं और बाएं परिपत्र ध्रुवीकरण को जोड़कर रैखिक ध्रुवीकरण प्राप्त किया जा सकता है। उपरोक्त सेटिंग्स (छवि 2) के साथ दो-आयामी अक्षीय मॉडल बाएं परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ पृष्ठभूमि क्षेत्र के पहले अज़ीमुथल मोड (एम = 1) से मेल खाती है। सही गोलाकार ध्रुवीकरण के साथ नकारात्मक अज़ीमुथल मोड का समाधान आसानी से पहले से हल की गई समस्या से सममिति गुणों का उपयोग करके और सरल बीजगणितीय परिवर्तनों का प्रदर्शन करके किया जा सकता है।

केवल एक दो-आयामी विश्लेषण करने और पोस्ट-प्रोसेसिंग की प्रक्रिया में पहले से ही परिणामों को मिरर करने के बाद, आप सभी आवश्यक डेटा, काफी बचत कम्प्यूटेशनल संसाधनों (छवि 5) को निकाल सकते हैं।

अंजीर। 5. पूर्ण तीन-आयामी गणना और प्रस्तावित दो-आयामी अक्षीय मॉडल के लिए बिखरने वाले कोणों पर प्रभावी प्रकीर्णन क्षेत्र (एक लघुगणकीय पैमाने पर) के स्वीप की तुलना।

ईपीआर तुलना के साथ एक आयामी ग्राफ (छवि 5) त्रि-आयामी और दो-आयामी अक्षीय मॉडल के बीच एक स्वीकार्य पत्राचार को प्रदर्शित करता है। रोटेशन की धुरी के पास केवल आगे और पीछे के बिखरने के क्षेत्र में थोड़ी विसंगति देखी जाती है।

इसके अलावा, तीन आयामी अंतरिक्ष में प्राप्त दो आयामी परिणामों के दृश्य के लिए, बेलनाकार से कार्टेशियन के लिए समन्वय प्रणाली के एक परिवर्तन की आवश्यकता होगी। अंजीर में। चित्रा 6 एक द्वि-आयामी अक्षीय मॉडल के लिए परिणामों का एक तीन-आयामी दृश्य दिखाता है।

अंजीर। 6. द्वि-आयामी गणना के आधार पर परिणामों की त्रि-आयामी प्रस्तुति।

एक सर्पिल में घूमने वाले तीर परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ एक पृष्ठभूमि क्षेत्र का संकेत देते हैं। क्षैतिज खंड में ग्राफ पृष्ठभूमि क्षेत्र के रेडियल घटक के वितरण का प्रतिनिधित्व करता है (लहर प्रक्रिया विमान के विकृतियों का उपयोग करके प्रदर्शित की जाती है)। कुल विद्युत क्षेत्र का मानदंड गोले की सतह पर बनाया गया है। एक अन्य तीर आरेख दो गोलाकार ध्रुवीकरणों का एक सुपरपोजिशन दर्शाता है, जो तीन आयामी अंतरिक्ष में रैखिक ध्रुवीकरण के साथ एक पृष्ठभूमि क्षेत्र के बराबर है।

निष्कर्ष

इंजीनियरों के लिए रेडियोफिजिक्स और माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में आधुनिक विकास की प्रक्रिया में, प्रभावी मॉडलिंग तकनीकें जो संसाधन खपत और समय की खपत को कम करती हैं, संख्यात्मक विश्लेषण के लागू किए गए तरीके की परवाह किए बिना अपूरणीय हैं।

अखंडता बनाए रखने के लिए और एक बड़े विद्युत आकार के साथ एक वास्तविक घटक को मॉडलिंग करते समय सभी प्रासंगिक भौतिक प्रभावों को फिर से बनाना, द्वि-आयामी अक्षीय सूत्रीकरण में समस्या को हल करके सटीकता की हानि के बिना संख्यात्मक गणना की प्रक्रिया को सरल करना संभव है। जब मॉडलिंग और एक्सिसिमेट्रिक ऑब्जेक्ट्स जैसे कि बिखरने वाले गोले और डिस्क, शंक्वाकार हॉर्न और परवलयिक एंटेना का विश्लेषण करते हैं, तो डिवाइस क्रॉस सेक्शन के लिए गणना पूर्ण तीन-आयामी मॉडल का उपयोग करते समय की तुलना में तेजी से परिमाण के कई ऑर्डर किए जाते हैं।

COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स में एंटीना मॉडलिंग मूल बातें

एक छोटी वीडियो समीक्षा (रूसी में) , जो रेडियो फ्रीक्वेंसी मॉड्यूल का उपयोग करके माइक्रोवेव एंटेना के उदाहरणों को दिखाती है, जिसमें एस-मापदंडों और प्रतिबाधा की आवृत्ति विशेषताओं की गणना करना, स्मिथ आरेख, अध्ययन का मिलान करना, दूर क्षेत्र में खेतों की गणना करना, प्रत्यक्षता गुणांक (डायरेक्टिविटी) निर्धारित करना शामिल है। और लाभ (लाभ)। इसके अलावा, सममिति का उपयोग करने के सिद्धांत, रिसेप्शन में मॉडलिंग एंटेना और रिसीवर्स और ट्रांसमीटरों की प्रणालियों की जटिल गणना, अंतरिक्ष में रखे गए विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप, पड़ोसी एंटेना के मूल्यांकन का मूल्यांकन, और बहुत कुछ माना जाता है।

इस मामले में, एक सरल द्वि-आयामी सूत्रीकरण तीन-आयामी अंतरिक्ष में जल्दी से पुनर्निर्माण करना और रैखिक ध्रुवीकरण के साथ पृष्ठभूमि क्षेत्र के बिखरने का अध्ययन करना संभव बनाता है, साथ ही अनुप्रस्थ TE11 परिपत्र तरंग द्वारा उत्साहित एंटेना के लिए सुदूर क्षेत्र में विकिरण की प्रत्यक्षता।

अतिरिक्त जानकारी

यह सामग्री जे। मुन्न के एक लेख पर आधारित है । तेज़ और रडार क्रॉस सेक्शन , माइक्रोवेव और आरएफ 3 मई, 2018 का तेजी से संख्यात्मक विश्लेषण

COMSOL मल्टीफ़िक्सिक्स® कार्यक्षमता भी आपको अनुकरण करने की अनुमति देती है:

• फ्री-फॉर्म रडार और रडार
• डीजी-एफईएम तकनीक (स्पष्ट सोल्वर और बाद के एफएफटी रूपांतरण का उपयोग करके समय डोमेन निर्माण) के आधार पर ब्रॉडबैंड का प्रकीर्णन
• 3 डी ऑब्जेक्ट्स द्वारा छितराया जाना, विशेष रूप से एक ढांकता हुआ सब्सट्रेट पर स्थित एक नैनोकण द्वारा ।

इस आलेख में विचार किए गए अनुप्रयोगों के लिए हमारे पैकेज की क्षमताओं के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, हम आपको 22 अगस्त 2018 को आयोजित होने वाले हमारे नए वेबिनार "COMSOL मल्टीफ़िशिक्स® में बिखरने की समस्याओं का समाधान" में भाग लेने के लिए आमंत्रित करते हैं।

आप टिप्पणियों में या हमारी वेबसाइट पर COMSOL के डेमो संस्करण का भी अनुरोध कर सकते हैं।

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