多时间步长时域有限差分法分析微波电路

提出在非均匀网格空间的粗网格区域采用大时间步长,细网格区域采用小时间步长的多时间步长时域有限差分(MTS -FDTD)法,并对其稳定性条件进行了分析。该方法通过应用多个时间步长替代传统非均匀时域有限差分(NU- FDTD)法的单一时间步长的算法来提高计算速度。通过应用MTS- FDTD方法模拟自由空间中给定激励下某点的场和微带低通滤波电路。数值结果表明,与传统NU- FDTD法相比,MTS- FDTD法在保持同等计算精度的条件下计算速度提高了46%以上。     

ADI-FDTD在二维散射问题中的应用

利用交替隐式时域有限差分(ADI—FDTD)这一新方法计算二维电磁散射问题。研究了ADI—FDTD方法的入射波设置、连接边界条件、PML吸收边界和近远场变换等关键技术。与传统FDTD方法相比，ADI—FDTD的时间步长不受时间步长和空间步长的稳定性条件(CFL约束条件)限制。在该方法中，可选取较大的时间步长进而提高计算效率。最后还给出了金属和介质柱散射截面的数值算例，证实了ADI—FDTD方法处理散射问题的有效性和实用性。     

无时间约束FDTD方法在三维散射中的应用

本文阐述了一种无时间约束条件的FDTD方法(ADI-FDTD)在三维目标电磁散射中的应用.由于散射问题的复杂性,文中分别推导了ADI-FDTD原始方程在连接边界条件、吸收边界条件和近远场外推等关键处的修正方程,并提出了ADI-FDTD方法中的时间步长上限.通过算例表明该方法与传统FDTD方法相比,时间步长可突破传统时间－空间约束条件,它的选取能远大于原有时间步长,对同一散射问题,总计算时间步可以相应大幅度减少,进而提高FDTD方法在计算散射问题中的效率.最后,数值计算显示了该方法的计算精度,并通过图表给出与传统FDTD计算时间的比较.     

快速时域有限差分方法计算矩形缺陷接地结构

Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定性条件会限制传统时域有限差分(FDTD)时间步长的选择,因此,采用传统FDTD对矩形缺陷接地结构(RDGS)传输系数(S21)进行计算,需要耗费大量的计算时间。为了节省计算时间,提高计算效率,采用无条件稳定的Crank-Nicolson格式FDTD(CN-FDTD)对RDGS传输系数进行计算,详细讨论了CN-FDTD时间步长与计算效率和计算精度的关系。数值结果表明:当CN-FDTD时间步长取值远大于CFL时间步长时,其计算结果与传统FDTD计算结果仍然吻合,同时计算效率能提高77.2%。比较了CN-FDTD和ADI-FDTD的计算误差,在时间步长取值相同的情况下,CN-FDTD的计算误差要远小于ADI-FDTD。     

色散媒质中ADI-FDTD

基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分(FDTD)法是一种非条件稳定的计算方法，该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制，而由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比，ADI-FDTD增大了时间步长，从而缩短了总的计算时间。本文采用递归卷积方法将ADI-FDTD推广应用于色散媒质，推导了二维情况下色散媒质中的ADI-FDTD迭代公式。应用推导公式计算了色散土壤中目标的散射，并与色散媒质FDTD结果对比，在大量减少计算时间的情况下，两者结果符合很好。     

二维无条件稳定时域有限差分方法

基于半隐式的Crank-Nicolson差分格式给出了一种无条件稳定时城有限差分方法。和传统FDTD法中采用的显式差分格式不同，对Maxwell方程组采用半隐式差分格式，在时间和空间上仍然是二阶精确的。但时间步长不再受稳定性条件的限制，只需考虑数值色散误差对其取值的制约。利用分裂场完全匹配层吸收边界截断计算空间，为保证PML空间的无条件稳定性，其方程也采用半隐式差分格式。数值结果表明相同条件下US-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度是相同的，而且在增大时间步长时US-FDTD方法是稳定的和收敛的。可以预见US-FDTD方法在模拟具有电小结构问题时具有实际意义。     

一种非条件稳定的隐式时域有限差分法

介绍一种基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分法(FDTD).该方法是非条件稳定的,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制,而是由数值色散误差来确定.与传统的FDTD相比,ADI-FDTD增大了时间步长,从而缩短了总的计算时间,特别是当空间网格远小于波长时,优点更加突出.首次把完全匹配层(PML)边界条件应用到ADI-FDTD计算中,采用幂指数形式的时间步进算法,推导了相应的迭代公式.进行了实例计算,并与传统FDTD的结果对比,验证了ADI-FDTD的有效性与优越性.     

色散媒质中ADI-FDTD的PML

基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分法(FDTD)是一种非条件稳定的计算方法,该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制,而是由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比, ADI-FDTD增大了时间步长, 从而缩短了总的计算时间。该文采用递归卷积(RC)方法导出了二维情况下色散媒质中ADI-FDTD的完全匹配层(PML)公式。应用推导公式计算了色散土壤中目标的散射,并与色散媒质中FDTD结果对比,在大量减少计算时间的情况下,两者结果符合较好。     

辛算法的稳定性及数值色散性分析

引入一种新的数值计算方法 —辛算法求解Maxwell方程,即在时间上用不同阶数的辛差分格式离散,空间分别采用二阶及四阶精度的差分格式离散,建立了求解二维Maxwell方程的各阶辛算法,探讨了各阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值计算表明,在空间采用相同的二阶精度的中心差分离散格式时,一阶、二阶辛算法(T1S2、T2S2) 的稳定性及数值色散性与时域有限差分(FDTD)法一致,高阶辛算法的稳定性与FDTD法相当;四阶辛算法结合四阶精度的空间差分格式(T4S4) 较FDTD法具有更为优越的数值色散性.对二维TMz波的数值计算结果表明,高阶辛算法较FDTD法有着更大的计算优势.     

分析周期性结构的Crank-Nicolson FDTD方法

提出了采用隐式差分格式的一维Crank-Nicolson FDTD方法,该方法突破了CFL(Courant-Friedrich-Levy)稳定性条件的限制,是求解类PBG(photonic bandgap)周期性结构目标的有效方法之一.讨论了一维Crank-Nicolson FDTD方法中总场边界的设置,引入总场边界后有利于提取周期性结构的反射系数.应用该方法分析了一种周期性结构的反射特性,与用传播矩阵方法所得结果一致,并且在时间步长上突破了稳定性条件的限制,节约了计算时间.     

ADI-MRTD算法的数值色散性分析

针对传统的时域多分辨分析(MRTD)方法的稳定性不足问题,讨论了一种将交替方向隐式技术(ADI)与MRTD算法相结合的交替方向隐式时域多分辨分析算法(ADI-MRTD)。导出了基于Daubechies小波尺度函数的ADI-MRTD算法的差分公式和色散性方程,同时证明了其仍然满足无条件稳定方程。并讨论了空间步长、时间步长和电磁波传播方向等因素对ADI-MRTD算法的数值色散影响。结果表明:ADI-MRTD算法的数值色散特性优于传统的时域有限差分(FDTD)算法。     

用于电磁波多尺度问题求解的高效FDTD-PITD混合算法北大核心CSCD

针对电磁波多尺度问题的高效仿真需求,提出了基于亚网格技术的时域有限差分(FDTD)方法与时域精细积分(PITD)方法的混合数值算法。该混合算法的基本思想是采用局部亚网格技术分别对精细结构区域以及其他区域进行剖分,并应用FDTD方法和PITD方法分别对粗网格区域与细网格区域进行求解,同时构建信息交互策略交换细网格区域与粗网格区域的计算信息。一方面该方法减少了电磁波多尺度问题的网格剖分数目,显著降低了内存需求;另一方面由于应用于细网格区域的PITD方法不受Courant-Friedrich-Levy(CFL)数值稳定性条件的限制,该混合方法能够采用较大的时间步长进行仿真,减少了迭代步数以及CPU执行时间。数值计算结果验证了混合算法的稳定性、可行性以及高效性。     

An Improved Thin Wire Representation for FDTD Computations

We have shown that finite-difference time-domain (FDTD) electromagnetic computations for a conductor system having a radius smaller than 0.15Deltar or larger than 0.65 Deltar (Deltar is the lateral side length of cells employed), modeled using arbitrary-radius-wire representations proposed so far with a time increment determined from the upper limit of Courant's stability condition, result in numerical instability. A primary factor causing this numerical instability is that the speed of waves propagating in the radial direction from the wire in the immediate vicinity of the wire exceeds the speed of light, and therefore, Courant's condition is not satisfied there. It is further shown that for these cases, the arbitrary-radius-wire representation can be improved by modifying the material parameters for the axial field components closest to the wire as well as those for the radial electric and circulating magnetic field components. The improved wire representation is effective in representing a wire whose radius ranges from 0.0001Deltar to 0.9Deltar.     

SOI结构P型SiGe沟道混合模式晶体管器件模型研究

在带有应变SiGe沟道的SOIMOSFET结构中 ,把栅和衬底相连构成了新型的混合模式晶体管 (SiGeSOIBMHMT) .在SIVACO软件的器件数值模拟基础上 ,对这种结构的P型沟道管工作过程作了分析 ,并建立了数学模型 .提出在低电压 (小于 0 7V)下 ,衬底电极的作用可近似等效成栅 ,然后依据电荷增量 (非平衡过剩载流子 )的方法 ,推导出该结构的I V特性方程 .该方程的计算结果与器件模拟结果相一致.     

The Body-of-Revolution Hybrid Implicit–Explicit Finite-Difference Time-Domain Method With Large Time Step Size

A novel body-of-revolution finite-difference time- domain method (BOR-FDTD) based on the hybrid implicit-explicit (HIE) difference is presented in this paper. The time step in this method is independent of mode number to. It is only determined by the spatial increments Deltar and Deltaz. Compared with the conventional BOR-FDTD method, this novel BOR-FDTD method has larger time step size, especially when the value of to is large. This novel BOR-FDTD method does not require the solution of tridiagonal matrices, and all the updates in this method are explicit. The stability condition of the proposed BOR-FDTD method is presented analytically, and the numerical performance is demonstrated through numerical examples.     

Delay-Dependent Robust Stability of Stochastic Uncertain Systems with Time Delay and Markovian Jump Parameters

This paper is concerned with the delay-dependent stability for a class of stochastic uncertain systems with time delay and Markovian jump parameters. The uncertainties considered in this paper are norm-bounded and governed by the Markov process. Un like the topics in the existing literature, the stability criterion is expressed in terms of linear matrix inequalities, which can be efficiently solved by using a convex-optimization algorithm. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于图像自身信息的图像边缘检测阈值自动设定方法

从利用边缘像素空间关系和抑制伪边缘的角度出发,提出了一种基于图像自身信息的图像边缘检测阈值自动设定方法,并阐述了其物理意义。本文方法利用图像边缘连续度衡量边缘像素的空间关系,其极大值蕴含着边缘像素增长模式的转换;利用边缘段增量识别伪边缘的出现。对比实验结果表明,本文方法具有良好的稳定性和可靠性。     

基于依存连接权VSM的子话题检测与跟踪方法

针对在新闻话题中报道突发、热点相似且子话题层次丰富的现象,依据增量TF-IDF值构造特征维,生成全局向量;然后在时间窗内生成特征连接权的局部邻接图,利用依存句法进行分析降维;最后采用领域词典加权,时间阈值衰减;从而构造出利用依存连接权VSM进行关联分析的子话题检测与跟踪(sTDT)计算方法。实验表明,利用依存关联分析使文本表示由线性变为平面结构,能够有效地提取描述子话题;在人工标注的测试语料下,其最小DET代价比经典方法至少降低2.2%。     

基于FDTD算法的新型亚网格技术

提出了一种基于空间滤波（Spatial Filtering-Finite-Difference Time-Domain,SF-FDTD）算法的亚网格技术,使得FDTD算法的Courant-Friedrich-Levy（CFL）稳定性条件可通过空间频域滤波操作得以提高,从而获得高稳定度FDTD算法.进一步将SF-FDTD算法应用到亚网格技术中,可使亚网格区域时间步长的选取取与粗网格一致,从而极大地提高了计算效率.数值计算结果表明,在求解带有精细结构的电磁问题上,所提算法具有较高的准确性和有效性.