電磁場(chǎng)與無線技術(shù)的實(shí)例教程
在光場(chǎng)追跡法中,光在線性、均勻和各向同性介質(zhì)中快速而精確的傳播是由諧波場(chǎng)的概念處理的。結(jié)果表明,任何電磁場(chǎng)都可以分解為一組諧波場(chǎng)[8,9]。在空間頻率域中,以特定角頻率ω0振蕩的單次諧波場(chǎng)定義為
二.均勻介質(zhì)中的場(chǎng)追跡
最后,在第6節(jié)中,我們通過將光場(chǎng)分解成具有平滑線性相位項(xiàng)的子光場(chǎng),將半解析SPW算子概念推廣到平滑相位的通用形狀。在目標(biāo)平面上,所有傳播子光場(chǎng)被相干地相加,其中解析已知的平滑線性相位項(xiàng)以數(shù)值有效的方式使用第7節(jié)中介紹的逆拋物面分解技術(shù)(PDT)進(jìn)行處理。數(shù)值結(jié)果證明了新的傳播方法的有效性和準(zhǔn)確性。所有的模擬都是用光學(xué)軟件VirtualLab完成的。
在第四節(jié)中,我們描述了一個(gè)用于光場(chǎng)快速傳播的半解析SPW算子,它包含一個(gè)光滑的線性相位項(xiàng)。該方法基于線性相位項(xiàng)和橫向偏移量的解析處理。之后,我們將這兩種技術(shù)結(jié)合起來,得到了一個(gè)數(shù)值有效的半解析SPW算子,它能夠同時(shí)解析地處理線性和球形相位項(xiàng)。
首先,在第二節(jié)中我們給出一個(gè)問題的描述并引入數(shù)學(xué)符號(hào)。然后,在第3節(jié)中,我們考慮了一個(gè)球面相位項(xiàng),Mansuripur[6]為此引入了一種嚴(yán)格的技術(shù),稱為使用快速傅里葉變換(FFT)的擴(kuò)展菲涅耳衍射積分。在本節(jié)中,通過應(yīng)用Van der Avoort等人最初使用的數(shù)值合適的拋物線擬合技術(shù)改進(jìn)了該概念。在另一種情況下[7],詳細(xì)討論了擴(kuò)展菲涅耳算子在數(shù)值上可行的參數(shù)空間。
展開 ACFM技術(shù)的研究是建立在分析待測(cè)試件表面感應(yīng)電流及磁場(chǎng)分布上的,然而,感應(yīng)電流和磁場(chǎng)分布難以直觀體現(xiàn)。此外,ACFM技術(shù)檢測(cè)過程中的影響因素眾多,需要分析不同影響因素對(duì)接收信號(hào)的影響規(guī)律,完全通過試驗(yàn)手段設(shè)計(jì)優(yōu)化ACFM傳感器并進(jìn)行缺陷定量,增加耗材與時(shí)間成本。
通過多物理場(chǎng)仿真軟件建立ACFM模型,仿真模型將空間矢量磁場(chǎng)直觀展示在我們面前,加深我們對(duì)ACFM技術(shù)原理的掌握。模型建立完成后只需修改參數(shù),即可快速準(zhǔn)確地獲得各參數(shù)影響規(guī)律,為傳感器參數(shù)優(yōu)化和缺陷定量分析提供便利。不光節(jié)省了材料與時(shí)間成本,還對(duì)研究路線具有重要的指導(dǎo)意義。此處提供一個(gè)多物理場(chǎng)仿真案例。
交流電磁仿真
1、模型建立
根據(jù)ACFM技術(shù)原理建立多物理場(chǎng)三維仿真模型。考慮ACFM傳感器密閉內(nèi)部填充為空氣,待測(cè)試件周圍介質(zhì)為水,而電磁信號(hào)在水與空氣衰減情況相似,為簡化模型設(shè)置空氣域,仿真模型如圖1所示。
圖1 ACFM仿真模型
圖1所示ACFM仿真模型主要包含繞組激勵(lì)線圈、激勵(lì)探頭磁軛、帶缺陷的試件、檢測(cè)線圈和空氣域等。
完成幾何模型建立后,對(duì)模型各部分進(jìn)行材料屬性賦值和網(wǎng)格劃分。關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置完成后,進(jìn)行頻域計(jì)算。根據(jù)仿真模型計(jì)算結(jié)果提取裂紋區(qū)域的感應(yīng)電流,結(jié)果如圖2所示。
圖2 電流密度分布
圖2可以看出磁軛附近的感應(yīng)電流呈渦旋狀,磁軛中心部分電流沿y軸方向流動(dòng)。試件上離缺陷較遠(yuǎn)處電流分布均勻,缺陷處電流繞過缺陷間隙并在其兩端聚集,缺陷兩端電流偏轉(zhuǎn)方向相反。
2、特征值提取
裂紋缺陷引起感應(yīng)電流發(fā)生偏轉(zhuǎn),會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)分布發(fā)生畸變,提取裂紋所在區(qū)域不同方向磁通密度,繪制磁通密度曲面圖,如圖3所示。
展開 A:
對(duì)于初學(xué)者,因缺乏對(duì)電磁場(chǎng)及天線理論知識(shí)及天線仿真設(shè)計(jì)專業(yè)軟件技巧的掌握與深入理解,導(dǎo)致無從下手。而本次電磁場(chǎng)數(shù)值仿真技術(shù)及天線設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐專題課程從初學(xué)者角度出發(fā),貼合實(shí)際項(xiàng)目需求。一共4天(10個(gè)專題模塊)講授天線設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)知識(shí)及配合專業(yè)軟件工具實(shí)操,另有11個(gè)專業(yè)案例帶你實(shí)操,讓你從天線設(shè)計(jì)小白到跟緊時(shí)代熱點(diǎn)能夠上場(chǎng)做計(jì)算分析的學(xué)術(shù)弄潮兒。
通過電磁場(chǎng)數(shù)值仿真技術(shù)及天線設(shè)計(jì)與應(yīng)用培訓(xùn)班我能學(xué)到什么?
之后,我們將這兩種技術(shù)結(jié)合起來,得到了一個(gè)數(shù)值有效的半解析SPW算子,它能夠同時(shí)解析地處理線性和球形相位項(xiàng)。
最后,在第6節(jié)中,我們通過將光場(chǎng)分解成具有平滑線性相位項(xiàng)的子光場(chǎng),將半解析SPW算子概念推廣到平滑相位的通用形狀。在目標(biāo)平面上,所有傳播子光場(chǎng)被相干地相加,其中解析已知的平滑線性相位項(xiàng)以數(shù)值有效的方式使用第7節(jié)中介紹的逆拋物面分解技術(shù)(PDT)進(jìn)行處理。數(shù)值結(jié)果證明了新的傳播方法的有效性和準(zhǔn)確性。所有的模擬都是用光學(xué)軟件VirtualLab完成的。
二.均勻介質(zhì)中的場(chǎng)追跡
在光場(chǎng)追跡法中,光在線性、均勻和各向同性介質(zhì)中快速而精確的傳播是由諧波場(chǎng)的概念處理的。結(jié)果表明,任何電磁場(chǎng)都可以分解為一組諧波場(chǎng)[8,9]。在空間頻率域中,以特定角頻率ω0振蕩的單次諧波場(chǎng)定義為
(1)
用位置向量和角頻率ω分別表示。請(qǐng)注意,下列理論是完全矢量的,因?yàn)樵谑剑?)中,諧波場(chǎng)分量代表三個(gè)電場(chǎng)分量和三個(gè)磁場(chǎng)分量,由于計(jì)算效率高,常用的諧波傳播技術(shù)基于FFT算法[10]。一種嚴(yán)格的傳播技術(shù)是SPW算子[5],其中各諧波場(chǎng)分量的復(fù)振幅在與傳播方向正交的平面邊界上,通過傅里葉變換(FT)分解成一組平面波
(2)
是初始平面邊界上的橫向位置向量,是對(duì)應(yīng)的空間頻率矢量。用表示的平面波通過與傳播因子相乘,在距離z上傳播
(3)
表示折射率為n的均勻介質(zhì)中的波數(shù),c為光的真空速度。最后,利用逆傅里葉變換將所有平面波疊加,從而得到SPW傳播算子,
(4)
從物理角度來看,SPW算子對(duì)任何傳播距離z和任何空間頻率矢量k[5]都是有效的。然而,對(duì)于長的傳播距離,采樣公式(4)的數(shù)值工作量太大。對(duì)于非傍軸場(chǎng),它包含高頻分量,數(shù)值工作量將變得更高。
展開 之后,我們將這兩種技術(shù)結(jié)合起來,得到了一個(gè)數(shù)值有效的半解析SPW算子,它能夠同時(shí)解析地處理線性和球形相位項(xiàng)。
最后,在第6節(jié)中,我們通過將光場(chǎng)分解成具有平滑線性相位項(xiàng)的子光場(chǎng),將半解析SPW算子概念推廣到平滑相位的通用形狀。在目標(biāo)平面上,所有傳播子光場(chǎng)被相干地相加,其中解析已知的平滑線性相位項(xiàng)以數(shù)值有效的方式使用第7節(jié)中介紹的逆拋物面分解技術(shù)(PDT)進(jìn)行處理。數(shù)值結(jié)果證明了新的傳播方法的有效性和準(zhǔn)確性。所有的模擬都是用光學(xué)軟件VirtualLab完成的。
二.均勻介質(zhì)中的場(chǎng)追跡
在光場(chǎng)追跡法中,光在線性、均勻和各向同性介質(zhì)中快速而精確的傳播是由諧波場(chǎng)的概念處理的。結(jié)果表明,任何電磁場(chǎng)都可以分解為一組諧波場(chǎng)[8,9]。在空間頻率域中,以特定角頻率ω0振蕩的單次諧波場(chǎng)定義為
(1)
用位置向量
和角頻率ω分別表示。請(qǐng)注意,下列理論是完全矢量的,因?yàn)樵谑剑?)中,諧波場(chǎng)分量代表三個(gè)電場(chǎng)分量和三個(gè)磁場(chǎng)分量,由于計(jì)算效率高,常用的諧波傳播技術(shù)基于FFT算法[10]。一種嚴(yán)格的傳播技術(shù)是SPW算子[5],其中各諧波場(chǎng)分量的復(fù)振幅在與傳播方向正交的平面邊界上,通過傅里葉變換(FT)分解成一組平面波
(2)
是初始平面邊界上的橫向位置向量,是
對(duì)應(yīng)的空間頻率矢量。用
表示的平面波通過與傳播因子相乘,在距離z上傳播
(3)
表示折射率為n的均勻介質(zhì)中的波數(shù),c為光的真空速度。最后,利用逆傅里葉變換將所有平面波疊加,從而得到SPW傳播算子,
(4)
從物理角度來看,SPW算子對(duì)任何傳播距離z和任何空間頻率矢量k[5]都是有效的。
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