媒质参数(介电常数、电导率、磁导率和磁电阻率)随时间变化的媒质统称为时变媒质,对其进行的特性分析在电磁场研究中占有很重要的地位,自然界中大多由紫外线、激光脉冲和核爆炸等产生。目前关于时变媒质的电磁场问题仅仅停留在简单变化的时变媒质,尚有许多问题待于揭示。在本课题中,我们将进一步从电磁场理论角度上探讨媒质参数复杂变化时,如何导致频率、传播速度、能量分布等发生变化,除解析法(格林函数法、射线法)外,我们将重点研究采用解析与数值求解技术(时域有限差分法)相结合的方法,对时变媒质中电磁波传播特性进行较精确分析。研究的内容不仅可以丰富时变媒质电磁场理论技术分支,而且有望在21世纪的空间电子技术(如太空和远距离通信、战场高功率电磁武器的毁伤和防护、时变媒质隐身技术)领域获得应用。
研究媒质参数时变对电磁波特性的影响是电磁学研究的一个重要的领域,它起源于上世纪中叶,主要研究媒质参数突变时,电磁波在一维二维空间的变化规律。本项目旨在将时域电磁场研究推向一个新的阶段。内容包括建立时变媒质电磁场严格的理论,发展解析和混合技术,求得时变媒质中场的精确解,进一步研究时变媒质中电磁场的特性和参量,并考虑应用方面的研究。经过三年努力,这个目标已实现了,取得了明显进展。具体内容是在国际上首次将分离变量技术用于时变媒质电磁场分析,得到了场的精确解;提出一种混合技术(分离变量+时域微分方程的数值技术),可得到任意形式时变参数媒质中场的精确解;首次研究了媒质参数随时间呈快连续变化时的电磁波效应;揭示了时变媒质中电磁波的新特性,即时变介电常数和时变电导率的不同效应。全面分析和定义了时变媒质中波的参量。结合应用,首次分析了时变媒质谐振腔、天线辐射特性等。可以认为,获得了时变媒质中电磁场的精确解和发现了其新的特性等,在推动本领域发展方面均具有一定的科学价值,目前本项目已发表论文12篇,在评审中的有3篇。执行过程中也走过弯路,还发现了一些待研究的亮点问题,有些问题有待于进一步工作和总结。