吸波材料的仿真计算
来源: 马超/
中国建筑材料科学研究总院有限公司
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2023-11-30
吸波材料的仿真是基于Maxwell方程进行,本征电磁损耗由电磁参数的虚部和电导率所决定,干涉相消则根据两列反射波的叠加原理。
目前可用于吸波材料仿真分析的软件有COMSOL Multiphysics、ANSYS HFSS、CST、FEKO、FDTD、Maxwell、MATLAB等,它们对于传统吸波材料的仿真结果基本上没有区别(即按周期性方式仿真)。对于大型目标的仿真,则需要根据目标的大小来选用不同的仿真软件,以便于简化分析,节省计算时间,具体如何选择可搜索相应软件的简介。
(不同软件基于不同的数值计算方法,如有限元法,有限体积法,有限差分法,矩量法,大家可查阅资料查看相应软件对应的方法)
 MATLAB可用于简单的层状吸波材料仿真,其余软件对于多相复合材料或异型结构材料的电磁波传输过程仿真更具优势。
接下来将以论文《Research and simulation of three-layered lightweight cement-based electromagnetic wave absorbing composite containing expanded polystyrene and carbon black[1]》为基础,简要介绍吸波材料的仿真过程(所有软件的仿真过程基本相同)。
1. 选用合适的计算软件,建立起周期性的仿真模型;
2. 进行材料属性的设置(这是吸波材料仿真的关键);
3. 设置Floquent周期性边界条件,可将复杂模型简化为周期性单元(源和目标边界上场值相差一个位相因子,位相因子由波矢和边界相对距离确定);
4. 设置完美匹配层PML,用于吸收所有反射到端口的电磁波,避免周期性结构产生的高阶衍射;
5. 设置完美电导体PEC模拟金属衬底;
6. 网格划分(合适的网格大小既可以得到较为精确的结果,又可以降低计算时间);
7. 计算;
8. 后处理。
注:屏蔽效能计算的仿真过程类似

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