基于移位算子法双负介质散射的FDTD分析

双负介质的介电系数和磁导系数均为频率的函数,使本构关系在时域成为卷积关系,这就给应用时域有限差分(FDTD)方法计算双负介质中波的散射和传播带来困难.文中以相对磁导系数为例,引入Padé近似和离散时域移位算子,推导了处理双负介质本构关系的移位算子法.移位算子法数值仿真双负介质负折射效应的结果与文献辅助差分方程法的结果吻合,证明了算法的有效性.最后,用移位算子法计算了金属柱覆盖不同参数双负介质时的后向散射,探讨双负介质在隐身方面的应用前景.     

瞬态电磁波在磁化等离子体中传播与散射的FDTD方法

本文从磁化等离子体中电子的广义运动方程出发，给出了一套ＦＤＴＤ计算公式，克服了卷积递归法不适用于直流入射以及小信号近似的缺点，其正确性由数值计算结果得到验证。     

洛伦兹介质电磁特性分析的通用FDTD方法

针对窄带、宽带及其临界情况时洛伦兹介质对应不同时域表达式而导致的递归卷积、Z变换等常用色散介质FDTD方法的更新公式无法通用问题,提出一种改进的移位算子FDTD方法,该方法保持了原方法概念简明、推导简单的优点,减少了内存占用,提高了计算速度,对窄带、宽带及其临界情况洛伦兹介质具有完全相同的更新公式。最后,通过具体算例验证了算法的有效性。     

网格长度对FDTD计算的影响

基于平面波传播的物理性质，提出一种FDTD改进方法——在研究稳态问题时，为保证数字波前与入射方向垂直，网格划分不能是固定的，其长度之比应随人射方向变化。研究了改进方法对数值色散的影响，并与传统方法作了比较。在三维Yee网格中对平面波的模拟结果表明，改进方法的收敛性能大为提高，对远场散射的误差影响小。     

平直有耗地面上目标地波散射FDTD近—远场外推

由平直有耗地面上垂直电偶极子产生地波场的解析解和互易原理,本文导出了用ＦＤＴＤ方法处理目标地波散射问题的近－远场外推公式。在数值结果验证了该公式的正确性之后,对海上一金属半球的地波散射场进行了求解,并以此与李清亮等（１９９７）提出的工程应用方程相对比,考察了工程应用方法的适用性。     

基于移位算子法高斯波束与双负介质板相互作用的FDTD分析

以磁导系数μ为例推导了处理双负介质本构关系的移位算子法.将μ表示以jω为自变量的Padé近似,用/t代替jω,过渡到时域,再引入离散时域移位算子代替时间微分算子来处理Padé近似形式的μ,进而推导出FDTD计算中时频电磁场中磁感应强度B和磁场强度H之间的关系.最后用基于移位算子的FDTD方法仿真了电磁波与各种双负介质板的相互作用:负折射、相位补偿、平凹双负透镜成像.     

色散介质混合模型的通用FDTD 方法

本文根据三种色散介质模型（即德拜模型,洛仑兹模型和德鲁模型）的介电系数线性组合可写成以j? 为自变量的分式多项式形式的特点,在文献[5]的基础之上,将移位算子时域有限差分方法（SO-FDTD）推广,使其适于色散介质混合模型电磁计算的需要。数值计算结果和解析解的比较说明了本文算法的可行性。     

FDTD应用于各向异性介质及半空间散射问题

介绍FDTD方法应用于各向异性介质散射分析及其并行计算.基于并矢表面阻抗给出金属表面各向异性介质涂层的等效介质参数公式.讨论铁氧体基片偏置磁场对微带天线辐射方向图的影响,模拟研究了板状各向异性材料介质参数的反演途径.将半空间FDTD应用于金属平板上孔缝散射计算和光学材料表面微缺陷散射近场和散射振幅分析,以及介质光栅Floquet模和传输功率的计算.     

异向介质板应用于吸波隐身的FDTD方法分析

由异向介质的本构关系出发,给出了描述异向介质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的一维递推表达式。最后,计算了异向介质板的反射系数。计算表明:由于模拟的异向介质是匹配介质,其吸波性能要明显的优于等离子体的,适当选取异向介质参数,可以使异向介质板有效地减小目标的雷达回波。     

平直有耗地面上目标地波散射FDTD近一远场外推

由平直有耗地面上垂直电偶极子产生地波场的解析解和互易原理,本文导出了用FDTD方法处理目标地波散射问题时的近一远场外推公式。在数值结果验证了该公式的正确性之后,对海上一金属半球的地波散射场进行了求解,并以此与李清亮等(1997)提出的工程应用方法相对比,考察了工程应用方法的适用性。     

Accurate FDTD Dispersive Modeling for Concrete Materials

This work presents an accurate finite‐difference time‐domain (FDTD) dispersive modeling of concrete materials with different water/cement ratios in 50 MHz to 1 GHz. A quadratic complex rational function (QCRF) is employed for dispersive modeling of the relative permittivity of concrete materials. To improve the curve fitting of the QCRF model, the Newton iterative method is applied to determine a weighting factor. Numerical examples validate the accuracy of the proposed dispersive FDTD modeling.     

时变媒质效应的FDTD分析

将时域有限差分法（FDTD）拓展到时变媒质中，并对电磁波在时变媒质中的传输特性进行了系统分析，接着以微带线，3dB定向耦合器，低通滤波器为例，研究了时变媒质（仅电导率σ变化时）对置于其中的微波器件引起的性能变化，仿真结果表明这些微波器件巳无法正常工作。     

Analysis on the Calculation of Plasma Medium with Parallel SO‐FDTD Method

This paper introduces a novel parallel shift operator finite‐difference time‐domain (SO‐FDTD) method for plasma in the dispersive media. We calculate the interaction between the electromagnetic wave of various frequencies and non‐magnetized plasma by using the parallel SO‐FDTD method. Then, we compare the results, which are calculated with serial and parallel SO‐FDTD executions to obtain the speedup ratio and validate the parallel execution. We conclude that the parallel SO method has almost the same precision as the serial SO method, while the parallel approach expands the scope of memory and reduces the CPU time.     

Accurate FDTD modelling for dispersive media using rational function and particle swarm optimisation

This article presents an accurate finite-difference time domain (FDTD) dispersive modelling suitable for complex dispersive media. A quadratic complex rational function (QCRF) is used to characterise their dispersive relations. To obtain accurate coefficients of QCRF, in this work, we use an analytical approach and a particle swarm optimisation (PSO) simultaneously. In specific, an analytical approach is used to obtain the QCRF matrix-solving equation and PSO is applied to adjust a weighting function of this equation. Numerical examples are used to illustrate the validity of the proposed FDTD dispersion model.     

一种适用于任意色散媒质的新型FDTD方法研究

本文提出一种新的适用于各种复杂色散媒质的时域有限差分法,将色散媒质表征为一组无限冲激响应滤波器(IIR),由此导出基于介电常数和导电系数的时域有限差分方程,并对算法的稳定性条件和数值色散关系进行分析.这种改进的FDTD能分析与频率有关的电磁场问题.为验证该方法的有效性和可靠性,本文用冲激响应不变法设计IIR滤波器模拟色散媒质,并对高斯脉冲入射色散媒质的情况进行数值模拟,结果与解析值完全吻合.     

N阶色散媒质的FDTD法与数字信号处理技术

提出了一种新的N阶色散媒质的时域分析方法,并将其表征为一组无限冲击响应滤波器,将色散媒质在FDTD中的表述问题转化为数字滤波器(IIR)的设计问题.改进FDTD能分析处理与频率有关的电磁场问题.为验证此方法的有效性和可靠性,用此方法计算了高斯平面波脉冲入射N阶色散媒质的情况,计算结果与解析值非常吻合.     

碰撞等离子体的高阶FDTD算法

给出了电磁波在均匀、碰撞等离子体中传播的四阶时间和四阶空间FDTD算法.该算法比Yee氏FDTD算法每一个网格每一维增加一个存储单元,与常规的二阶等离子体FDTD算法相同.由于采用四阶时间和四阶空间近似,因此该算法能有效地减小数字色散误差,其频带宽度比二阶算法的频带宽度更宽.为了验证该高阶算法的正确性,对均匀、碰撞等离子体平板的电磁波反射系数进行了计算,并与解析结果、二阶FDTD计算结果进行了比较,证明了该算法的高效和精确.     

一种处理多极Davidson-Cole色散媒质的FDTD改进方案

为模拟一般Davidson-Cole色散媒质中的电波传播,本文提出了一种时域有限差分(FDTD)改进方案,改进之处体现在:(1)适用媒质从单极推广到多极情形;(2)适用媒质从无磁推广到有磁情形;(3)保留了色散模型公式的静态电导率项;(4)补充了三维问题算例.改进方案中,面临的主要困难是差分离散分数阶导数.首先,利用帕德(Padé)多项式近似媒质的介电常数;其次,通过傅里叶逆变换(IFT)导出了一组整数阶的辅助微分方程(ADEs),从而巧妙克服了该困难.几个算例的结果和分析,初步证实了改进方案的可行性和有效性.     

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于一种改进的Z变换-时域有限差分(Z-Finite-Difference Time-Domain, Z-FDTD)方法, 即将双各向异性色散介质的频域本构方程先转化到Z域中, 再利用Z变换的性质将其转换到时域, 得到离散时域的FDTD迭代式, 分析了双各向异性色散介质电磁波传播特性.由于Omega媒质是一种典型的双各向异性色散介质, 以此为例编程计算了垂直入射在Omega介质板情形下产生的同极化和交叉极化电磁波的反射和透射情况, 并通过算例和解析解对比验证了算法的正确性, 最后对其电磁散射特性进行了分析.