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Este ejemplo demuestra la precisión de XFdtd para la dispersión desde una esfera conductora. El patrón de dispersión biestático de una onda plana incidente se calcula a una sola frecuencia.
La esfera se considera perfectamente conductora y mide 254 mm de diámetro. La esfera está centrada en el origen y una onda plana incidente llega desde la dirección +X como se muestra en la Figura 1. El patrón RCS bistático de campo lejano se calcula en un arco circular que rodea la esfera en el plano XY, como muestra el círculo rojo de la Figura 1. La onda plana se muestra como una flecha amarilla en el centro de la esfera. La onda plana se muestra como la flecha amarilla a la derecha de la figura y el campo eléctrico está orientado a lo largo del eje Y. La señal de entrada es una sinusoide de 10 GHz.
Figura 1: La geometría de la esfera se muestra con la onda plana incidente representada como una flecha amarilla a la derecha. El círculo rojo representa el patrón de campo lejano que se calculará en el plano XY.
La esfera se malló en una rejilla FDTD con un tamaño de celda de 1 mm, lo que representa 30 celdas por longitud de onda, como se muestra en la figura 2. Una separación de 20 celdas FDTD rodea el objeto que termina en una frontera exterior utilizando siete capas perfectamente coincidentes (PML) para absorber los campos. El proyecto requiere unos 965 MB de memoria para ejecutarse.
Figura 2: La esfera se muestra mallada en la malla FDTD con un tamaño de celda de 1 mm.
La simulación se realiza utilizando la formulación de campo disperso del software y se ejecuta en una CPU Intel Core i7-2640M a 2,80 GHz. La simulación tarda unos 21 minutos en ejecutarse. El patrón de dispersión biestático resultante en la dirección frontal se compara con los resultados medidos en un artículo publicado [1] y muestra una concordancia muy buena, como puede verse en la figura 3. El patrón biestático completo se muestra en la figura 4. En la figura 4 se muestra el patrón biestático completo en forma de diagrama polar alrededor de la XY. En las figuras 5, 6 y 7 se muestran vistas tridimensionales del patrón biestático. En las figuras 8 y 9 se muestra el campo eléctrico transitorio en el plano que pasa por el centro de la esfera en dos instancias temporales. En la figura 8, la onda plana incidente ha golpeado la esfera pero no se ha propagado completamente alrededor de la superficie. En la figura 9, la onda plana incidente ha envuelto completamente la esfera y se muestra el patrón de campo en estado estacionario.
Figura 3: La sección transversal de radar biestático calculada comparada con los resultados medidos para la dirección de dispersión delantera. La concordancia es excelente.
Figura 4: Diagrama polar completo en el plano XY del patrón de dispersión biestático de la esfera.
Figura 5: Vista tridimensional del patrón de dispersión biestática desde una posición angular en el extremo delantero del patrón.
Figura 6: Vista tridimensional del patrón de dispersión biestática desde una posición angulada en la dirección de retrodispersión del patrón.
Figura 7: Vista tridimensional del patrón de dispersión biestático en el plano XY.
Figura 8: El campo eléctrico transitorio en un corte a través del centro de la esfera se muestra en un momento en el que la onda plana incidente ha golpeado la esfera y los campos se propagan alrededor de la superficie de la esfera.
Figura 9: El campo eléctrico transitorio en un corte a través del centro de la esfera en un momento en que los campos han alcanzado el estado estacionario.
Referencias
R. A. Marr, U. H. W. Lammers, T. B. Hansen, T. J. Tanigawa y R. V. McGahan, "Bistatic RCS Calculations From Cylindrical Near-Field Measurements-Part II: Experiments", IEEE Trans. Antenna Propag, Vol. 54, Dic. 2006, pp. 3857-3863.