用FDTD算法計算高頻電磁波在復(fù)雜環(huán)境下的傳播特性.pdf

1、高頻電磁波在海面上遠(yuǎn)距離傳播過程中，地球曲率、地表電參數(shù)分布的不均勻性、低層大氣折射指數(shù)隨高度的變化、隨機粗糙海面、地海交界混合路徑及島嶼等復(fù)雜傳播環(huán)境會對其傳播特性產(chǎn)生很大的影響，電波傳播特性的變化給遠(yuǎn)距離通信、高頻雷達(dá)等相關(guān)應(yīng)用帶來了許多問題，如信號不穩(wěn)定、信號衰減、信號中斷等。因此具體地研究高頻電磁波在復(fù)雜環(huán)境下傳播特性具有十分重要的意義。以往對于該問題的研究，用解析方法難以處理多路徑和混合路徑傳播問題，而用數(shù)值方法一般是將三維問

2、題退化為二維問題進(jìn)行處理，這樣給計算帶來了很大的誤差。為解決這些問題，本文將傳統(tǒng)的二維算法擴展到三維，使用三維下的滑動窗時域有限差分算法對電磁波在復(fù)雜環(huán)境下的傳播問題進(jìn)行了分析，實現(xiàn)了對高頻電磁波遠(yuǎn)距離傳播特性的計算。為了只進(jìn)行一次傳播過程的模擬計算就可以獲得寬頻帶信息，計算時采用時域脈沖作為輻射場源。由于三維算法存在所需要的存儲量大、計算速度慢的缺點，采用了補償數(shù)值色散對電磁波影響的方法擴大了網(wǎng)格采樣空間，極大地加快了計算速度。為了減

3、少運算量，文中引入了表面阻抗的概念，使用表面阻抗邊界條件處理介質(zhì)交接面的場強計算問題，對表面阻抗在三維FDTD中的具體應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。文章利用上述計算方法實現(xiàn)了對高頻電磁波在復(fù)雜環(huán)境下遠(yuǎn)距離傳播問題的分析計算，研究了復(fù)雜環(huán)境(如海陸交錯、島嶼障礙物)對高頻電磁波傳播特性的影響。計算了島嶼大小、電參數(shù)、形狀對在海面上傳播的高頻電磁波在島嶼附近傳播特性的影響情況。另外還計算了高頻電磁波在海面上傳播過程中遇到島嶼遮擋及越過島嶼后繼續(xù)向前