Validierungsbeispiele zum Vergleich von FDTD-Berechnungsergebnissen mit analytischen Lösungen für komplexe Plasmastrukturen
Plasmen bestehen aus einem Medium geladener Teilchen, Ionen und Elektronen und sind eine der häufigsten Formen von Materie im Universum. Obwohl Plasmen im Allgemeinen in Sternen und Wolken im Weltraum vorkommen, können sie durch Erhitzen oder Anlegen eines starken elektromagnetischen Feldes an ein neutrales Gas erzeugt werden. Hohe Hitze oder hoher Druck können Elektronen aus den Atomen herauslösen, wodurch positiv geladene Ionen und freie Elektronen in einem elektrisch leitenden Medium wie einem Plasma entstehen.
Von aktuellem Interesse sind die Entstehung und das Verhalten von Plasmen, die von Hyperschallfahrzeugen beim Durchqueren der Atmosphäre erzeugt werden. Diese Fahrzeuge hinterlassen eine Plasmaspur, die aufgrund der leitenden Natur des Materials elektromagnetische Signale stören kann. Dies stellt sowohl für die Radarerfassung dieser Fahrzeuge als auch für die Funkkommunikation und -führung durch die Plasmaschicht eine interessante Herausforderung dar.
In diesem Beitrag wird die Finite-Differenzen-Zeitbereich-Methode (FDTD) zur Simulation des Verhaltens von Plasmamaterialien mit dem Solver XFdtd® 3D Electromagnetic Simulation von Remcom erörtert. Die Simulation von Plasmen wird zunächst mit einer Erläuterung des verwendeten frequenzabhängigen Modells erörtert, gefolgt von einer Validierung der Methode in einer und in drei Dimensionen. In drei Dimensionen werden sowohl monostatische als auch bistatische Radarquerschnittsergebnisse zur Validierung vorgestellt.
