瞬态电磁场三维时域有限差分模拟研究

该文使用三维时域有限差分方法对在不同环境中的0.1~0.1T Hz电磁波场进行数值模拟。以高斯脉冲作为源电流信号研究了导电全空间中电偶极子场,并对海底低阻地质模型的电磁响应做了模拟计算;对隧道含水裂缝异常的回线源瞬变电磁响应进行了分析;对超宽带穿墙探测模型做了模拟计算,进一步在超宽带电磁波与窄带电磁波对钢筋混凝土的探测模拟结果做了对比分析;用FDTD-PIC软件对94 GHz折变回旋振荡管TE6,2模产生过程做了模拟计算,指出模拟中存在的问题,最后对时域有限差分程序的并行做了分析,提出用时域有限差分方法研发回旋管瞬态场三维模拟软件的思路。     

声电耦合场的时域有限差分方法

将时域有限差分(FDTD)方法拓展到声电耦合场的仿真领域。在电磁场、声场FDTD方法的基础上，采用一种新的适合分析声电耦合场的差分离散方式，从而使FDTD方法完全适用于声电耦合场。这是FDTD方法用于声电耦合场模拟的初步尝试，仅通过一维压电媒质的例子来说明方法的可行性，仿真了正弦声源激励下，声场、电磁场的传播和耦合，二维和三维的对应仿真将陆续报道。     

一种可穿越介质的二维时域有限差分亚网格技术

介绍了一种二维时域有限差分方法的亚网格技术,其中粗细网格的划分比为２。由于粗细网格的特殊排布,该方法可以应用于亚网格边界穿越介质的情形。通过计算测试,精细网络边界的反射系数小于－４５ｄＢ,所编程序具有很好的稳定性。     

一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法

气体绝缘开关设备(GIS)的传输结构主要由均匀传输线结构和三维非传输线结构组成,为了准确高效地计算GIS设备中开关操作产生的快速瞬态过电压(VFTO),提出了一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法 (3D-1D FDTD),即分别采用三维电磁场时域有限差分方法和均匀传输线时域有限差分方法对GIS设备的三维非传输线结构和均匀传输线结构进行建模和时域计算。讨论了衔接电磁场与传输线的耦合边界条件和计算迭代格式的稳定条件,并以一段GIS设备长直管母线为例,计算了不同位置的瞬态电压和瞬态电流,将计算结果与纯一维传输线等效电路模型的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性。     

一种混合时域有限差分方法

给出一种基于ＦＥ－ＴＤ方法和Ｄｕｆｏｒｔ－Ｆｒａｎｋｌｅ有限差分方法的混合数值算法，以计算不均匀导电地层中的瞬态电磁场，该法提供了一种用于模拟具有任意时间波形的电磁脉冲在大地深层的传播的方法，且所需ＣＰＵ时间比ＦＤ－ＴＤ法少得多，通过与ＦＤ－ＴＤ法比较，证明了该方法的可靠性。     

FDTD方法在柱面波及半空间有耗介质散射问题中的应用

以柱面波及半空间有耗介质散射问题为例,研究了在时域有限差分计算分区的总场边界上入射波设置的波前逐步推进方法．给出了以Ｇｒｅｅｎ函数表述的、用于近－远场外推的统一公式,适用于自由空间以及地下介质电参数任意时的半空间中目标远区散射场的求解．几个数值计算例子验证了应用时域有限差分方法的有效性．     

基于频域网络模型的有源器件时域有限差分建模方法

在微波有源电路建模过程中，由于有些器件内部的等效电路复杂或者不能得到该器件的内部等效电路，无法采用传统的时域有限差分（FDTD）方法对该器件进行建模.为此提出了一种基于频域网络模型的有源器件FDTD建模方法.通过实验测量有源器件在包含器件工作频段的频域网络参数（如S参数），结合该器件的物理尺寸进行建模.应用有源器件的频域网络参数，忽略了器件的内部电路结构，使该算法可以对具有任意复杂内部结构的有源器件进行建模；采用包含器件物理尺寸的建模方法，可以在FDTD算法中建立有源器件的三维电磁模型，提高了建模精度.通过对一个工作频率为6 GHz的场效应管（FET）放大电路的建模过程的描述验证了该方法的可行性.该方法无须依赖于有源器件内部的电路结构，具有较高的建模精度.     

二维各向同性介质地震波全波场的有限差分模拟

对地震波场的有限差分方程进行了详细的推导,采用改进的中心线算法对有限差分方程中的大型稀疏线性方程组进行求解,并对算法的稳定性进行了分析。通过对二维双层弹性介质中的地震波全波场的模拟,获得了清晰的地震波波场特征,包括面波及体波波场特征。     

频率选择表面电磁特性计算的时域有限差分和外推混合法

目前,频率选择表面（Frequency Selection Surface,FSS）作为一种空间滤波器,在军事领域得到广泛应用,因此对其电磁特性的研究具有重要意义。结合时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）法和外推法各自的优点,采用FDTD法和外推法相结合的混合算法来计算周期性结构FSS的反射系数。通过引入Floquet定理且综合考虑FSS的周期边界、吸收边界等条件,建立三维计算模型,并对其进行计算。结果表明,在相同精度条件下,该混合法相对仿真软件显著提高了计算速度且减少了占用计算机内存,可为后续FSS的电磁特性研究提供重要的参考依据。     

半导体PN结器件瞬态行为一维模拟

用时域有限差分（ Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ） 方法对 Ｐ Ｎ 结器件所满足的耦合、非线性、刚性偏微分方程组进行了数值计算,得到了半导体 Ｐ Ｎ 结器件的瞬态行为的一维模拟．     

用于FDTD的复杂目标的建模

提出了一种用于时域有限差分（ＦＤＴＤ）方法的复杂目标建模过程．通过建立目标参数描述文件,进行网格剖分,最后给出ＦＤＴＤ离散模型．目标建模与ＦＤＴＤ程序结合可以计算复杂目标的ＲＣＳ．离散模型显示的数据文件具有占用内存小的特点,适合于微机运行．同时应用ＡｕｔｏＣＡＤ系统显示目标模型,对建模过程进行实时显示,以验证建模的正确性．     

椭圆问题的复合式外推两网格方法

两网格方法与外推方法是求解偏微分方程的有效数值方法.将两网格方法与外推方法结合,构造了一类求解椭圆问题的复合式外推两网格方法,可以得到更高精度的求解,理论上论证了该算法的收敛性.最后通过数值实验验证了算法的有效性.     

电介质半空间中线结构导体电磁散射的直接时域分析方法

针对半空间中线结构导体电磁散射的时域电场积分方程,采用矩量法(MOM)结合时间步进算法(MOT)直接在时域求解导体上的瞬态电流以及空间的瞬态电场。该方法具有求解速度快,时域响应过程机理明晰的特点。针对计算实例的分析结果与文献结果相吻合。     

计算埋地目标瞬态散射场的FDTD方法──TM情况

地下目标的瞬态电磁散射特性模拟对于探测,检验及识别埋地浅层目标的工程应用,特别是冲击探地雷达的研究具有重要的理论及应用价值。为此,本文对计算电磁学的时域有限差分（ＦＤＴＤ）法进行了研究,我们模拟了在高斯脉冲激励下地下多种无限长柱目标的散射场,结果表明ＦＤＴＤ方法可以精确,高效地模拟地下目标的瞬态电磁散射。     

瞬态电磁场问题求解的精细积分方法

求解瞬态电磁场问题的涡流方程，在空间域对涡流方程进行有限元离散，在时间域直接采用精细积分方法求解，对边界条件进行了处理．数值算例显示了精细积分方法的高精度．     

用FDTD法求解传输线方程

传输线的电路模型—电报方程(一阶双曲型偏微分方程组)是分析传输线暂态过程的出发点。借助电路理论、计算数学、程序设计等知识推导出一种简单、快速、有效的时域数值解法。利用有限时域差分理论对偏微分方程组进行离散,得到一种全新的差分计算格式,并根据电压、电流在始端、终端上的约束关系,运用传输线集中参数的等效模型确定边界条件;最后仿真计算得到响应波形。并对传输线在不同边界条件、传输线耦合等情况下的暂态过程进行MATLAB编程计算得到仿真波形。并将其仿真波形与EMTP-ATP软件仿真得到的波形进行对比,验证了此方法的可行性。     

基于FDTD法的手机电磁辐射对人体影响的分析

时域有限差分(FDTD)法是一种常用的电磁波辐射分析方法,文章研究了手机电磁辐射的产生机理,利用FDTD法,结合手机辐射的电磁模型以及人体的生物电磁模型,介绍了基于FDTD法的手机辐射计算方法,并就手机辐射对人体的影响以及应该采取的防护措施进行了讨论.     

介质体曲面的时域有限差分子网格建模

提出了一种利用子网格建模介质体曲面但仍保持原网格场量的时域有限有限差分法．在原网格的基础上采用更为细化的子网格进行电参数赋值，可以直接得到包含介质体曲面的网格的平均电参数，避免了麻烦的积分运算．对介质谐振器的计算结果表明：在保持计算量不变的前提下，该方法具有更高的计算精度．     

卫星模型散射FDTD计算的共形边界研究

根据卫星模型太阳能帆板平面相对卫星主体较大的特点,提出了共形边界的概念,即总场边界、外推边界和吸收边界的几何形状与目标外形轮廓相同．并把它应用在卫星模型时域有限差分(FDTD)计算中,以减少FDTD计算及存储量．首先讨论了FDTD方法中3种边界的共形处理方法,特别针对270°拐角处吸收边界的处理进行了详细分析．通过电偶极子辐射验证共形吸收边界具有良好的吸收外行波的性能．最后给出卫星模型远区后向散射时域波形,与常规长方体边界FDTD计算结果相符,验证了共形边界理论在FDTD计算应用中的正确性．卫星模型采用共形边界后节省内存约40. 7％,缩短了计算时间,改善了计算性能．