[發明專利]一種等離子體天線仿真方法及系統

在審

• 申請號: 201710432111.3
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107423483A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 魏相飛;馬云;郝洪榮;劉丹丹;范傳宇
• 申請（專利權）人: 皖西學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王加貴

技術領域

本發明涉及仿真技術領域，特別是涉及一種多物理場耦合的等離子體天線仿真方法及系統。

背景技術

等離子體廣泛存在于宇宙空間內，是繼固態、液態、氣態之后的第四種物質存在形態，由大量帶電粒子組成，但在宏觀上呈現電中性。隨著人們對于等離子體研究的深入，等離子體的使用價值也被越來越多的人關注。從上個世紀六十年代開始，一些發達國家就開始把等離子體用于軍事領域，如等離子體隱身和等離子體涂層材料。

等離子體天線是等離子體的一種典型應用，利用等離子體代替普通金屬傳導和輻射電磁波。由于等離子體天線僅在工作時才表現出導電性，可以有效降低雷達散射截面，具有很好的隱身性能，在軍事上有很高的應用價值，且通過控制等離子體天線的參數如激勵功率，改變等離子體柱密度分布和有效長度等參數，天線的輻射方向圖、增益、帶寬、噪聲等性能也會隨之改變，因此等離子體天線具有良好的可控性能。鑒于上述優點，開展等離子體天線的仿真，尤其是通過仿真得到等離子體參數與天線性能的關系，有助于推動等離子體天線技術的實際應用。

由于等離子體材料的特殊性，在仿真時需要考慮如何設置材料才能使得仿真軟件中的等離子體與實際中的等離子體的性質最為接近，從而得到精確地天線性能仿真結果。典型的仿真方法是將等離子體材料等價成色散材料，通過Drude色散方程，計算獲得等離子體頻率ω和等離子體碰撞頻率v，并根據這兩個值設置色散模型的參數進行仿真。但這種設置方法只對等離子體材料進行單一的參數設置，沒有考慮到等離子體天線在工作時同時存在多個物理場的共同作用，例如粒子流動場、電磁場、能量場等。總的來說，目前的仿真方法還存在等離子體天線仿真結果不準確，誤差較大的問題。

發明內容

本發明的目的是一種等離子體天線仿真方法及系統，以提高等離子體天線仿真結果的準確性，降低誤差。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種等離子體天線仿真方法，包括：

獲取等離子天線工作時涉及的物理場信息；

根據所述物理場信息，確定耦合方程；

根據所述耦合方程，確定所述等離子天線的性能參數；

建立等離子天線實體仿真模型；

根據所述性能參數和所述物理場信息，運行所述等離子天線實體仿真模型，得到仿真結果。

可選的，所述獲取等離子天線工作時涉及的物理場信息，具體包括：

根據所述等離子天線的結構、工作方式以及工作頻率，獲取等離子天線工作時涉及的物理場信息。

可選的，所述建立等離子天線實體仿真模型，具體包括：

根據實際選擇的等離子天線，使用COMSOL Multiphysics軟件，以繪圖方式，建立等離子天線實體模型；所述等離子天線實體模型為一維模型或者為二維軸對稱模型或者為三維模型；

根據所述等離子天線的各個結構組成部分，確定所述等離子天線實體模型的中各個部分的材料屬性和邊界條件；

根據所述材料屬性、所述邊界條件以及所述等離子天線實體模型，建立等離子天線實體仿真模型。

可選的，所述根據所述性能參數和所述物理場信息，運行所述等離子天線實體仿真模型，得到仿真結果，具體包括：

對所述等離子天線實體仿真模型進行網格劃分，得到劃分后的等離子天線實體仿真模型；

在所述劃分后的等離子天線實體仿真模型中輸入所述性能參數和所述物理場信息，然后運行所述劃分后的等離子天線實體仿真模型，得到仿真結果。

本發明還提供了一種等離子體天線仿真系統，所述系統包括：

物理場信息獲取模塊，用于獲取等離子天線工作時涉及的物理場信息；

耦合方程確定模塊，用于根據所述物理場信息，確定耦合方程；

性能參數確定模塊，用于根據所述耦合方程，確定所述等離子天線的性能參數；

等離子天線實體仿真模型建立模塊，用于建立等離子天線實體仿真模型；

仿真結果得到模塊，用于根據所述性能參數和所述物理場信息，運行所述等離子天線實體仿真模型，得到仿真結果。

可選的，所述物理場信息獲取模塊，具體包括：

物理場信息獲取單元，用于根據所述等離子天線的結構、工作方式以及工作頻率，獲取等離子天線工作時涉及的物理場信息。

可選的，所述等離子天線實體仿真模型建立模塊，具體包括：