等离子体MRTD分析的移位算子方法及其应用.pdf

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1、第30卷2013年第5期上海AEROSPACE航天SHANGHAI21文章编号：1006—1630(2013)05一0021一05等离子体MRTD分析的移位算子方法及其应用夏新仁1，张国华2(1．空军驻沪宁地区军事代表室，江苏南京213000；2．空军驻合肥地区军事代表室，安徽合肥230000)摘要：提出了一种用于等离子体的新颖时域多分辨法结合移位算子(SoMRTD)数值计算方法。将等离子体的介电常数写成有理分式函数形式，推导出时域多分辨法(MRTD)中电位移电场强度间的关系，计算了冷等离子体平板对电磁波的反射。计算结果与解析解吻合较

2、好，表明算法用于等离子体时有效、精确。用此法计算了离子体层对垂直入射电磁波的反射，讨论了层厚、等离子体密度、入射电磁波频率与反射的关系。关键词：MRTD方法；色散媒质；等离子体；移位算子中图分类号：TN011文献标志码：AMRTDCombinedwithShiftOperatorMethodandIt’sApplicationtoPlasmaXIAXin—renl，ZHANGGuo—hua2(1。AirForceMmtaryRepresentativeOfficeinHuning，Na蝎ing213000，jiangsu，Chlna；

3、2．AirForceMilitaryRepresentativeOfficeinHefei，Hefei230000，Anhui，China)Abstract：Anovelnumericalcomputationmethodwhichwasmultiresolutiontime_domainmethod(MTRD)usingshiftoperator(S()_MRTD)forplasmawaspresentedinthispaper．Thedielectricpropertyofplasmawaswrittenasrationalpo】

4、ynomialfunction，therecursiverelationforelectricfluxdensityandelectricf．eldstrengthavailableforMRTDcomputationwasderived．Thereflectioncoefficientsofelectromagneticwavesbyac01lisionalplasmaslabwerecomputed。ThevalidityandprecisionofthisalgorithmforpIasmawereconfirmedbycomp

5、aringtheresultsofS0一MRTDwiththoseofanalytics01ution．Thereflectioncoefficientsbetweenplasmaandtheatmosphereorvacuumwerecalculatedbythemethod．Therelationshipsbetweenthereflectioncoefficientswithplasmathickness，plasmadensity，incidencewavefrequencywerediscussed．Keywords：MuI

6、tires01utiontime_domainmethod；Dispersivemedia；P1asma，Shiftoperator0引言电磁场数值计算已成为解决电磁问题的一项有效而重要的技术。自1966年YEE首次提出FDTD方法以来，电磁场时域计算方法已广泛用于求解电磁波的传播、散射以及微波电路设计等工程问题[1≈]。特别是近年来，FDTD处理色散媒质问题引起了注意，出现了大量用于处理色散媒质的改进FDTD算法。1990年，LUEBBERS等提出了一种处理色散媒质的递推卷积FDTD(RC—FDTD)算法[3]。随后，这种方法被推广

7、到等离子体媒质、N收稿日期：2011—10一10；修回日期：z011—10一24作者简介：夏新仁(1976一)，男，博士，主要研究方向为电磁场的辐射与散射、隐身技术和电磁场数值计算等。阶色散媒质，以及各向异性的磁化等离子体[4。5]。1996年，KELLEY等采用电场的分段线性近似——PLRC—FDTD改善了RC—FDTD算法的计算精度[6：。处理色散媒质的FDTD方法还有辅助差分方程法(ADE—FDTD)、Z变换法，电流密度卷积法(JEeFDTD)、Young氏直接积分法(DI)和SO—FDTD法等多种[2、7。1川。其中处理各向异

8、性色散媒质(如各向异性磁化等离子体)的方法主要是RC法、JEC法、DI法、分段线性电流密度递归卷积(PLJERC)法和ADE法等[5、7’虬1213

9、。虽然FDTD有非常突出的优越性，但因存在数值色散，用于电大目标时会导