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物理学 > 经典物理

arXiv:2508.05217 (physics)
[提交于 2025年8月7日 ]

标题: 一种用于高效分析中等导电圆柱体瞬态电磁散射的时域辅助源方法

标题: A Time-Domain Method of Auxiliary Sources for Efficient Analysis of Transient Electromagnetic Scattering by Moderately Conductive Cylinders

Authors:Minas Kouroublakis, Nikolaos L. Tsitsas, Yehuda Leviatan
摘要: 本文提出了一种时域实现的辅助源方法(MAS)结合标准阻抗边界条件(SIBC),用于涉及具有有限但中等电导率的圆柱散射体的电磁散射问题。 所提出的方法专注于使用一阶SIBC解决二维问题,当电导率足够高于散射体的最大频谱频率乘以介电常数时,该SIBC是有效的。 此范围包括中等导电材料——如基于碳的复合材料、导电聚合物和掺杂介质——这些材料在现实世界的射频应用中日益被使用,包括可穿戴电子设备、电磁干扰屏蔽和生物医学传感器。 在上述有效条件下,入射波与散射体之间的相互作用由表面效应主导,从而可以无需计算内部场即可实现高效且精确的建模策略。 时域MAS-SIBC方法的理论公式得到发展,并随后对各种截面为闭合曲线的几何结构进行了广泛数值测试。 此类几何结构包括圆形、椭圆形、超圆形、圆角三角形和反向椭圆形散射体。 还测试了平面几何结构。 所有结果均与解析解和商业频域求解器进行验证,证明了所提出方法的准确性和实际潜力。 研究结果表明,时域MAS-SIBC为建模甚至中等电导率材料的散射提供了一种有前景且计算高效的途径。
摘要: This paper presents a time-domain implementation of the Method of Auxiliary Sources (MAS) combined with the Standard Impedance Boundary Condition (SIBC) for electromagnetic scattering problems involving cylindrical scatterers with finite but moderate conductivity. The proposed approach focuses on solving the two-dimensional problem using a first-order SIBC, which is valid when the conductivity is sufficiently higher than the maximum spectral frequency times the dielectric permittivity of the scatterer. This regime includes moderately conductive materials--such as carbon-based composites, conductive polymers, and doped dielectrics--that are increasingly used in real-world radio-frequency applications, including wearable electronics, electromagnetic interference shielding, and biomedical sensors. Under the above validity conditions, the interaction between the incident wave and the scatterer is dominated by surface effects, allowing for an efficient and accurate modeling strategy without the need to compute internal fields. The theoretical formulation of the time-domain MAS-SIBC method is developed, followed by extensive numerical testing on various geometries whose cross section is a closed curve. Such geometries include circular, elliptical, super-circular, rounded-triangular, and inverted-elliptical scatterers. A planar geometry is also tested. All results are validated against analytical solutions and commercial frequency-domain solvers, demonstrating the accuracy and practical potential of the proposed method. The findings suggest that time-domain MAS-SIBC offers a promising and computationally efficient approach for modeling scattering from materials even with moderate conductivity.
主题: 经典物理 (physics.class-ph) ; 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2508.05217 [physics.class-ph]
  (或者 arXiv:2508.05217v1 [physics.class-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.05217
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Minas Kouroublakis [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 7 日 09:54:57 UTC (7,594 KB)
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