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球体散射:电介质球体和平面波在多层球体中的散射解-MATLAB开发

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简介:
本项目利用MATLAB编程解决电介质球体与平面波相互作用时,在复杂多层结构中产生的散射问题,提供精确的物理建模和分析工具。 某些电磁散射问题可以得到解析解,在球坐标系下这些解通常以贝塞尔函数、关联勒让德多项式以及指数函数的乘积形式表示,并且通过级数展开来描述。该软件包提供了一系列代码用于计算不同情况下的场分布,包括:平面波被理想导电(PEC)球体散射的情况;平面波与均匀介质球相互作用的情形;以及多层介质结构中的平面波传播问题。这些解的推导基于磁势和矢量势径向分量构建的方法[Harrington2001]。 对于PEC球体的散射,相关理论可以在文献[Balanis1989]第650页找到;而针对均匀电介质球的问题,则参考[Harrington2001]中的第297页。多层结构中平面波传播问题的求解方法则通过建立并解决场系数线性系统实现,这些系统的构建基于边界条件匹配原则[Chew1995]。 关于如何精确计算多层球体散射场系数的研究成果也非常丰富,可以参考[Pena2009]及其引用文献。

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客服
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  • -MATLAB
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    本项目利用MATLAB编程解决电介质球体与平面波相互作用时,在复杂多层结构中产生的散射问题,提供精确的物理建模和分析工具。 某些电磁散射问题可以得到解析解,在球坐标系下这些解通常以贝塞尔函数、关联勒让德多项式以及指数函数的乘积形式表示,并且通过级数展开来描述。该软件包提供了一系列代码用于计算不同情况下的场分布,包括:平面波被理想导电(PEC)球体散射的情况;平面波与均匀介质球相互作用的情形;以及多层介质结构中的平面波传播问题。这些解的推导基于磁势和矢量势径向分量构建的方法[Harrington2001]。 对于PEC球体的散射,相关理论可以在文献[Balanis1989]第650页找到;而针对均匀电介质球的问题,则参考[Harrington2001]中的第297页。多层结构中平面波传播问题的求解方法则通过建立并解决场系数线性系统实现,这些系统的构建基于边界条件匹配原则[Chew1995]。 关于如何精确计算多层球体散射场系数的研究成果也非常丰富,可以参考[Pena2009]及其引用文献。
  • Mie 场模拟:三维场- MATLAB
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    本项目利用MATLAB开发了Mie电场模拟程序,专注于计算和展示三维球体在不同条件下的散射电场特性。 该程序不仅计算米氏散射系数,还同时计算入射电场、散射电场及内部电场,并将这些场表示为一系列对应于等间距phi值的笛卡尔平面或球体形式。此外,此代码会在多个波数和介电常数值上运行模拟。 该程序基于莎拉·帕奇(Sarah Patch)的作品进行开发,由Nick Walter进行了并行版本改写,可以将结果输出到.h5 或 .mat 文件中。 如需联系,请通过电子邮件与 Nick Walter 联系。
  • 目标流元近场照
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    本文探讨了电流元对置于不同位置和方向的球体目标产生的电磁波散射现象,并提供了精确解析解。研究结果为电磁兼容性设计提供理论依据。 我们得到了目标坐标系中电流元辐射近场的表达式,并验证了该函数的正确性。在目标坐标系内,将电流元的辐射近场、散射场等用球矢量波函数进行展开,利用球矢量波函数的正交特性计算出相应的展开系数并提供了数值结果及物理分析。进一步地,在天线近场照射下,我们得到了目标散射场的解析解,并通过数值仿真验证了该方法的有效性;同时采用矩量法对所得结果进行了确认。 研究发现,当电磁波从天线辐射至目标时,目标上的电磁波主要由TE波和纵波构成。其中纵波是影响目标散射的主要因素之一,而测量角度θ的变化也会显著改变散射特性。该方法可以应用于多种类型的天线(如相控阵天线)照射下的目标散射以及研究目标与电磁场之间的相互作用等问题中。
  • 与圆柱Mie参考代码
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    这段参考代码提供了计算球体和圆柱体在不同条件下的Mie散射的有效方法,适用于光学、大气科学等领域的研究者。 本压缩包包含了多个用于分析球体和圆柱体Mie散射问题的参考程序。1908年G.Mie最先解出了入射到悬浮着球形粒子的介质中的平面光波的麦克斯韦方程组的严格解,这方面的讨论构成了Mie散射理论的主要内容。本压缩包中的MATLAB文件能够帮助大家更好地掌握Mie散射问题。
  • MiePython:Python完美Mie光计算
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    MiePython是一款用于精确模拟光在不规则介质中散射行为的Python工具,专注于计算完美球体的Mie散射现象,适用于光学、大气科学和材料科学领域的研究与教学。 miepython:Python中完美球体的Mie光散射计算工具。
  • 绘图展示:实时将图形映-MATLAB
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    本项目利用MATLAB实现了一个交互式的球面映射系统,能够将二维平面上的各种图形实时投影到三维球体表面,提供了直观的空间几何变换演示。 球面映射是一种将二维平面上的图像或数据分布转换为三维球形表面的技术,在多个领域如地球科学、计算机图形学及虚拟现实中有广泛应用。在MATLAB中实现这一过程通常涉及坐标变换与图像处理技术。 本项目提供了一个功能,能够实时地把用户在xy平面绘制出的图案映射到一个球体上,从而增强了对数据分布直观理解的能力。作为MathWorks公司开发的一种高级编程环境,MATLAB特别适用于数值计算、符号运算以及可视化展示。在这个具体案例中,它被用来创建交互式的图形界面:用户能够通过点击和拖动在xy平面上定义一系列点,并将这些点转换为球体上的对应位置。 球面映射的基本原理是把笛卡尔坐标(x, y)转化为极坐标(θ, φ),再进一步将其变换成球坐标系中的径向距离(r)与角度。由于是在二维平面绘制,z坐标的值默认设为0,因此可简化转换过程。在MATLAB中使用`cart2sph`函数可以实现这一变换。 要完成这个功能可能需要以下步骤: 1. 创建一个图形窗口供用户绘制点。 2. 监听用户的鼠标点击和拖动事件以获取xy坐标值。 3. 将这些二维平面的xy坐标转换为极坐标(θ, φ)形式。 4. 把得到的极坐标进一步转化为球体上的角度,这里可以简化处理只考虑θ与φ两个参数,因为默认情况下球半径设为1单位长度。 5. 在三维空间中绘制对应点的位置。这可能需要使用`surf`或`patch`函数,并通过调整每个点的颜色及透明度来模拟在球面上的分布情况。 6. 实时更新显示以确保用户可以看到他们所画出的图案已经被正确地映射到了一个虚拟球体上。 压缩包`spheremap.zip`中可能包括了MATLAB源代码文件,这些`.m`文档实现了上述逻辑。通过阅读并理解提供的示例代码和测试用例,可以帮助学习者掌握如何在MATLAB环境中进行交互式图形绘制以及实现球面映射的具体方法。 这个由MATLAB开发的演示工具是一个强大的可视化手段,能够实时地将二维平面上的数据映射到三维球体上,为分析分布在曲率表面上的信息提供了直观的方式。对于希望利用这种技术完成复杂可视化的用户来说,掌握这项技能具有很高的价值。
  • MatScat:处理单个根圆柱问题-MATLAB实现
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    MatScat是一款基于MATLAB开发的工具箱,专注于计算单个球体或多根圆柱体在电磁波照射下的散射特性,适用于光学与电磁学研究领域。 MatScat 是一个 MATLAB 包,用于计算球体对电磁辐射的散射(米氏理论)或无限圆柱的散射问题。大部分代码是在我博士期间开发的工作[3]。此外,还实施了多圆柱近场解决方案,并已在单独的出版物中提出 [4]。 为了使用 MatScat,请确保将根文件夹和名为“bessel”、“expcoeff”以及“util”的子文件夹加入到 MATLAB 的搜索路径中。可以通过运行位于测试文件夹中的示例脚本来验证是否配置正确。 在根目录下,您可以找到启动计算的函数,具体包括: - `calccyl.m`:用于计算单个(分层)圆柱体的远场解。 - `calccyl_nf.m`:用于计算单个(分层)圆柱体的近场解。 - `calccyl_multi.m`:用于计算多个圆柱体的远场解。 - `calccyl_multi_nf.m`:未列出完整名称,可能为用于多圆柱体近场解决方案。
  • 利用FDTD计算
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    本研究采用时域有限差分法(FDTD)分析并计算了单个介质球在不同条件下的散射场特性,为电磁波与物质相互作用的研究提供理论依据。 用C语言求解介质球散射场的问题可以通过编写相应的算法来实现。首先需要定义介质球的物理参数以及入射波的相关特性,然后根据电磁学理论推导出散射场的数学表达式,并将其转化为计算机程序代码。 具体步骤包括: 1. 设定问题条件:确定介质球的材料属性(如折射率)、大小和周围环境中的波动情况。 2. 应用物理公式:利用麦克斯韦方程组等基本原理,计算出散射场在不同位置上的强度分布。 3. 编写C程序代码:将上述理论模型转化为可执行的编程语言指令。这通常涉及到复杂的数学运算和数值分析方法的应用。 完成这些步骤后就能得到一个能够模拟介质球散射现象的C语言程序了。
  • 粒子MieMatlab仿真
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    本项目通过Matlab实现优质球粒子的Mie散射仿真,深入研究光与微小颗粒相互作用的物理过程,为光学及大气科学领域提供精确的数据支持。 Kevin Zhu的博士论文配套程序实现了单层、双层球粒子Mie散射的仿真,并附上了作者的相关介绍。
  • 金属Mie
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    金属球的Mie散射是指光线照射到金属球上时发生的复杂散射现象,其理论描述涉及波动光学和电磁学,广泛应用于纳米技术、等离子体物理学及生物医学成像等领域。 金属球RCS计算米氏散射 远场、近场an bn cn dn 计算代码