徐亮,
张言明,
周小阳,
崔铁军,
东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室 ??南京 ??210096
基金项目:国家重大仪器专项—天线近场测试仪开发与应用，国家自然科学青年基金(61302020)
详细信息
作者简介:陈珲：陈 珲(1985–)，男，江西南康人，博士，东南大学信息科学与工程学院讲师，目前主要研究方向为陆地和海洋环境雷达杂波与多普勒谱仿真、电大目标与环境复合电磁建模、太赫兹波目标散射特性等。E-mail: hchen@seu.edu.cn
徐亮：徐 亮(1994–)，男，硕士，就读于东南大学，目前主要研究方向为太赫兹波散射特性、雷达成像仿真等。E-mail: xuliang1994@qq.com
张言明(1993–)，男，硕士，就读于东南大学，目前主要研究方向为太赫兹波散射特性、地海杂波模拟等。E-mail: 787779894@qq.com
周小阳(1979–)，男，博士，东南大学毫米波国家重点实验室副研究员，目前主要研究超大规模复杂电磁仿真计算及其工程化应用等研究工作。E-mail: xyzhou@seu.edu.cn
崔铁军(1965–)，男，河北滦平人，博士，东南大学信息科学与工程学院教授，博士生导师，IEEE Fellow，****。目前主要研究方向为计算电磁学及其快速算法、新型人工电磁材料的理论、实验及应用研究、目标特性与目标识别、大型军用目标的精确电磁仿真等。E-mail: tjcui@seu.edu.cn
通讯作者:陈珲 ? hchen@seu.edu.cn
崔铁军 ? tjcui@seu.edu.cn
中图分类号:TN958计量
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出版历程
收稿日期:2017-11-03
修回日期:2017-12-09
网络出版日期:2018-01-09
Theoretical Extension of a Microwave EM Method for Predicting the Terahertz Scattering of Electrically Large Complex Target
Chen Hui,,Xu Liang,
Zhang Yanming,
Zhou Xiaoyang,
Cui Tiejun,
School of Information Science and Engineering, State Key Laboratory of Millimeter Wave, Southeast University, Nanjing 210096
Funds:National Key Scientific Instrument and Equipment Development Project—Development and Applicatoin of Antenna Near Field Tester, The National Natural Science Foundation of China (61302020)
摘要
摘要:微波方法到太赫兹散射特性建模的延拓面临两个关键的科学问题研究，其一是材料响应特性延拓，包括金属属性向合金属性过渡导致Drude模型无法准确描述，以及介质材料在太赫兹频段的响应模型研究；其二是表面随机粗糙结构、以及复杂细微精细结构在太赫兹频段下的散射行为建模方法的延拓研究。微波频段下可视同为光滑的金属表面在太赫兹频段可能呈现出表面微粗糙特性。此外，针对含介质涂覆或全介质表面太赫兹散射特性的建模，需要结合随机边界散射理论，建立多层描述模型，以涵盖其中的面散射和体散射现象。该文首先采用积分方程方法描述和分析了金属粗糙表面的太赫兹散射规律，与实测数据吻合较好。其次，对于含涂覆或介质材料的目标表面，除表面粗糙的影响外，材料内部的微小粒子成分(如碳粉、石墨、金属粉等)的电尺寸与太赫兹波长相比拟，实验显示其体散射贡献不可忽视。该文尝试用矢量辐射传输理论与积分方程方法结合的多层模型来描述含介质材料表面的散射特性，很好地解释了实测规律。最后，该文提出基于“半确定性”描述的射线追踪高频算法，实现了复杂目标表面相干和非相干散射特性的一体化快速建模，为超电大复杂目标太赫兹散射特性的建模分析提供有效手段。
关键词:太赫兹散射/
辐射运输理论/
积分方程模型
Abstract:Two important issues must be considered when modeling the terahertz (THz) wave scattering behavior using microwave EM methods. The first is the material response characteristics, including the metallic materials that may be beyond the scope of the Drude model’s description and the dielectric materials that may lack appropriate description models. The second is the modeling method for investigating the THz scattering behavior of the surface random roughness and the complex fine structures. Several theoretical endeavors are presented in this paper to elucidate the surface- and volume-scattering phenomenon observed in the experiment data. First, we employ the Integral Equation Method (IEM) to fit the measured data of an aluminum plate. Good agreements confirm the superior applicability of IEM to the metallic materials. Nevertheless, for dielectric materials, the volume-scattering contributions of the inner microstructures or particles whose sizes are comparable to the THz wavelength are required to be considered. Furthermore, our findings state that, for dielectric materials, it can be fit to the experimental data with the help of the Vector Radiative Transfer (VRT) theory. Finally, this research proposes a semi-deterministic description-based ray-tracing high-frequency algorithm to realize the rapid modeling of the coherent and incoherent scattering of electrically large complex targets at THz bands.
Key words:Terahertz scattering/
Vector Radiative Transfer (VRT) theory/
Integral Equation Method (IEM)
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