电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS.经测试,该程序代码并行效率达到87%.根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性.     

电各向异性介质FDTD并行算法的实现

在各向同性介质的FDTD并行算法的基础上,分析了电各向异性介质FDTD方法并行计算时的区域分割方案及子域间的数据通信问题,实现了电各向异性介质的FDTD并行算法.数值结果表明了该算法和程序的正确性.     

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.

     

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。     

利用平板样品反演各向异性介质的本构参数

将电各向异性介质沿3个正交的方向切割成尺寸相同的3块平板,利用介质板后向同极化RCS的谐振特性反演其介电系数张量对角线元素。结合FDTD方法和二分法利用介质板交叉极化后向RCS的特点反演介电系数张量非对角线元素。数值模拟结果表明了本文方法的可行性。     

FDTD法分析等离子体对通信信号的影响

介绍了时域有限差分(FDTD)算法的基本原理,对FDTD算法进行了理论研究和公式推导,建立等离子体的模型,并运用FDTD算法对等离子体和电磁波间的作用机理进行了数值计算。运用MATLAB软件对结果进行了仿真,分析了等离子频率、等离子数量和碰撞频率等重要参数对电磁波反射特性的影响,并由此可得计算结果与目前的解析法和WKB方法结果接近,具有很高的准确性。     

THz透过色散介质的FDTD分析

时域有限差分(FDTD)计算方法,已经被应用在解由飞秒脉冲激光器激励的THz电磁场辐射的Maxwell方程中,文中介绍了一种德拜模型,此德拜模型方法能准确地在一个较宽的频率带上,描述许多类型的生物组织.通过此模型,分析了THz脉冲通过色散介质时的传播情况.并经过对比说明THz成像(TPI)在物品检测,癌症判断以及其他应用的可能性.     

柱坐标系下FDTD算法的吸收边界条件

本文借助二阶准波方程式研究了柱坐标系下FDTD算法的一种吸收边界条件.根据这一边界条件,编制了相应的计算程序检验其吸收特性,并与均匀柱面波传播的简单吸收条件作了比较.计算结果表明,该吸收边界条件具有较好的吸收性能.     

搅拌器配置对混波室场影响的FDTD分析

混波室能提供统计均匀和各向同性的场,是一种用于辐射发射、屏蔽效能及敏感度测试等电磁兼容测试的小室。本文用FDTD方法分析混波室的场分布,分析了搅拌器不同大小及不同倾斜角度对混波室时间平均场分布的影响,为实际设计混波室的搅拌器提供参考。最后给出了与数值分析相一致的实验结果。     

磁化等离子体覆盖二维导体目标FDTD分析

采用z变换方法把FDTD推广应用于二维各向异性色散介质－磁化等离子体中,该算法同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题,给出了各向异性磁化等离子体中FDTD迭代公式.计算了各向异性磁化等离子体涂敷Von Karman型导体柱前后其单站RCS的变化情况,分析了等离子体参数对其RCS的影响.结果表明恰当地选择等离子体参数能有效地减少目标的RCS.     

电磁场FDTD算法的容错分析与实现

 针对时域有限差分(FDTD)算法的计算机实现困难,提出时间与空间容错概念,并详细分析了FDTD算法的容错特性,以及影响容错FDTD执行性能与计算精度的几个关键因素.在容错实现中,本文提出容错写盘时忽略理想匹配层(PML)吸收边界,并利用内存映射技术实现电/磁场值数组,然后将其应用到FDTD算法的时间与空间容错中.数值模拟实例和相关的性能比较结果验证了方法的有效性.     

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法.通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去,从而实现FDTD并行计算.我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法.计算结果表明了本方法的正确性和有效性.     

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.     

复介电常数和磁导率测量的新方法

本文提出了一种新的确定Ka 波段毫米波损耗材料复介电常数和磁导率的测量方法,给出了确定样品的复介电常数和磁导率的散射方程。与传统采用的NRW 方法相比,这一方法消除了介电常数测量对参考面的位置和样品长度依赖性。     

计算含窗薄壁腔体屏蔽效能的时域有限差分法

文中给出了时域有限差分法处理腔体棱边处场量的差分格式的算法,并用于计算薄壁腔体的屏蔽效能。两个计算实例表明,其计算结果与等效传榆线法的计算结果和模型试验的测量结果相吻合,检验了文中算法的有效性。     

FDTD算法的网络并行运算实现

本文提出了FDTD方法在微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上以消息传递方式执行的一种实现方案.组成了验证性的机群并行计算系统,以一维和三维典型算例验证了算法的可行性、正确性和高效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效的途径,也为深入进行这方面研究奠定了基础.     

FDTD编程模拟光波导光场分布的数值不对称的校正方法

以条形光波导为例,研究了用时域有限差分(FDTD)法编程模拟波导光场分布时的数值不对称性,及其对模拟计算造成的影响,提出了两种合理的解决方法,成功消除了数值不对称现象对正常模拟的干扰,通过在波导光场FDTD模拟中的实际应用,分析了每种方法的特点及欠缺,分别论证了它们在数值模拟中的应用价值,并阐明这两种方法对于任意形状光波导光场的FDTD模拟是普遍适用的。     

磁导率对光子晶体带隙特性的影响

利用时域有限差分(FDTD)法,计算了磁介质材料光子晶体(PC)的能带结构.结果表明,磁性散射也能形成光子禁带.增大PC构筑单元的磁导率,不仅能够增大带隙宽度,而且能够增加带隙个数和带隙深度.PC中引入磁性材料,增加了能带工程的调节自由度,为阻抗匹配设计提供了更多的可调参数,能更有效地吸收调频电磁干扰,对器件性能的改善具有广泛的应用价值.对其作用机理进行了探讨.