UPML媒质中的包络ADI-FDTD

由于交替方向隐式时域有限差分法(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time Domain,ADI-FDTD)的数值色散会随着时间步长的增加而增加,文中讨论了单轴各向异性完全匹配层(uniaxial perfectly matched layer,UPML)媒质中包络交替方向隐式时域有限差分法(Envelope ADI-FDTD),推导了二维Envelope ADI-FDTD UPML的迭代公式,并提出一种新的离散方法。与ADI-FDTD UPML相比,改进后的Envelope ADI-FDTD UPML的时间步长可以取得更大,且能有效地修正相速误差,从而减少数值色散,提高计算精度。     

ADI-FDTD+GRT在波导电路分析中的应用

本文研究时域有限差分法(FDTD)的一种新的时空压缩技术,并应用于波导电路的分析.首先分析了软激励条件下的改进的几何重置技术(GRT),研究了合理选择源面与参考面的放置位置,使GRT不仅减小了吸收边界对计算结果的影响,而且节省了计算空间,还可以精确得到全部散射参量.另外阐述了与交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)相结合,使计算空间和时间同时被压缩,达到节省计算资源的目的.为了衡量ADI-FDTD+GRT算法的计算精度和效率,分析了包含不连续结构的波导作为算例,将其数值计算结果分别与传统FDTD和HFSS作比较,并将端面和参考面不同间距的ADI-FDTD+GRT与传统ADI-FDTD在仿真结果和资源占用方面进行对比,结果表明本文算法是精确和高效的.     

一种有效减少ADI-FDTD数值色散的方法

ADI—FDTD算法的数值色散效应较为明显，本文的研究表明一种通过添加各向异性媒质来修正相速误差，从而减少FDTD数值色散的方法，同样适用于ADI-FDTD，且收效更为显著。数值运算结果证明该方法能够简单有效地去除较宽频带范围内的色散。     

一种色散介质中的低误差ADI-FDTD 算法

交变方向隐式时域有限差分（ADI-FDTD）能够克服传统时域有限差分算法中稳定性条件对时间步长的限制,从而提高计算效率,但是在大步长时其误差较大。ER（低误差）-ADI-FDTD 方法通过补偿截断误差项,提高了计算精度,但是目前仅给出二维非色散条件下的形式。在ER-ADI-FDTD 的基础上,提出了一种色散介质中的低误差D-ER-ADI-FDTD 算法,推导出了完整的三维计算公式。最后通过计算和结果比较对算法进行检验。     

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。     

ADI-FDTD方法在乳腺癌检测正向计算中的应用

传统的时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)算法受到稳定性条件的制约, 时间步长受限于空间网格的尺寸.医学应用讲究即时性, 为提高成像的速度, 文中采用无条件稳定的交替隐式时域有限差分(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain, ADI-FDTD)算法替代传统的FDTD算法进行正向计算, 通过实验得出采用ADI-FDTD算法在保证精度的前提下, 计算时间可缩短为FDTD算法的四分之一, 为乳腺癌微波即时成像提供了可能.     

一种适用于ADI-FDTD法的非分裂式完全匹配层

基于FDTD法中场量D-H(电位移矢量-磁场强度)迭代公式,导出了适用于AD I-FDTD法的场量非分裂式完全匹配层(PML)的实现方案,与现有的其它AD I-FDTD法的PML技术相比,具有物理概念清晰、易于操作并节省计算机资源的优点。数值结果证明:该PML技术能有效地解决吸收边界的问题,为AD I-FDTD法的发展与推广应用提供了条件。     

色散媒质中采用Z变换的ADI-FDTD方法

基于Z变换方法将ADI-FDTD推广应用于色散媒质,得到了二维情况下色散媒质中的迭代差分公式,同时给出了一种采用ⅡR滤波器结构来减少存储量的方法.本文方法适合于任意M阶色散媒质,最后,给出了一个算例,数据仿真结果表明,本文的算法与传统色散媒质中的FDTD相比,在计算结果吻合的情况下,存储量相当,计算效率却更高,时间步长仅仅由计算精度来决定.     

交替隐式时域有限差分分析有耗介质电磁波传播

针对电磁波在有耗介质中的传播特点,提出了改进的交替方向隐式时域有限差分(ADI-FDTD)算法来研究电磁波在有耗介质中的传播特性。改进后的算法可改善传统ADI-FDTD为提高计算效率导致的计算精度下降的缺点。证明了算法的无条件稳定性,并分析了算法的数值色散。通过算例对比验证了算法的有效性和对计算精度的改善。将算法应用到金属球体在空气中、地面上方和海平面上方的电磁散射分析中,仿真结果表明:介质损耗在一定程度增大电磁散射的同时,会加大电磁散射的震荡。     

等离子体的交替方向隐式时域有限差分方法

首次把交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)推广到色散介质——无碰撞非磁化等离子体中,计算了非磁化等离子体与电磁波的相互怍用,使用ADI技术给出了无碰撞等离子体介质中的ADI-FDTD迭代公式．并解析地证明了等离子ADI-FDTD算法也是无条件稳定的,数值计算表明,等离子体ADI-FDTD算法与传统的FDTD的计算结果吻合,计算效率更高。     

Genetic algorithm in reduction of numerical dispersion of 3-D ADI-FDTD method

A new method to reduce the numerical dispersion of the three-dimensional Alternating Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain （3-D ADI-FDTD） method is proposed. Firstly, the numerical formulations of the 3-D ADI-FDTD method are modified with the artificial anisotropy, and the new numerical dispersion relation is derived. Secondly, the relative permittivity tensor of the artificial anisotropy can be obtained by the Adaptive Genetic Algorithm （AGA）. In order to demonstrate the accuracy and efficiency of this new method, a monopole antenna is simulated as an example. And the numerical results and the computational requirements of the proposed method are compared with those of the conventional ADI-FDTD method and the measured data. In addition the reduction of the numerical dispersion is investigated as the objective function of the AGA. It is found that this new method is accurate and efficient by choosing proper objective function.     

Theoretical Proof of Unconditional Stability of the 3-D ADI-FDTD Method

In order to eliminate Courant-Friedrich-Levy(CFL) condition restraint and improvecomputational efficiency,a new finite-difference time-domain(FDTD)method based on the alternating-direction implicit(ADI) technique is introduced recently.In this paper,a theoretical proof of the stabilityof the three-dimensional(3-D)ADI-FDTD method is presented.It is shown that the 3-D ADI-FDTDmethod is unconditionally stable and free from the CFL condition restraint.     

复杂目标的FDTD几何-电磁建模方法

本文提出一种利用DirectX建立复杂目标FDTD模型的实用方法.运用DirectX分析目标模型的整体几何特性和材质特性,从不同侧面作多束穿透模型的射线,获得目标几何结构细节,判断剖分网格是否在模型内部,根据材质信息得到相应位置的电磁参数,最后按照FDTD计算要求建立复杂目标的空间电磁信息文件.文章建立了金属球体的FDTD模型并计算了它的电磁散射特性,用所得结果验证建模方法的有效性,进而给出了BLITZ卡车、M60坦克的FDTD模型.     

Time domain analysis of transient propagation in inhomogeneous magnetized plasma using Z-transforms

The electromagnetic propagation through an inhomogeneous magnetized plasma slab is studied using the Z-transform formulation of the Finite-Difference Time-Domain（FDTD） method. The direction of electromagnetic propagation is parallel to the biasing magnetic filed. To validate the Z-transform algorithm, the reflection and transmission coefficients for the right-hand circularly polarized wave of the homogeneous magnetized plasma slab are computed by means of discrete Fourier transform. The comparison between the reflection and transmission coefficients of the homogeneous plasma slab and analytical values indicates that Z-transform algorithm is very accurate. When the plasma frequency varies according to the square root and parabolic relations, the reflection and transmission coefficients of the inhomogeneous magnetized plasma slab are computed.     

三维FDTD中TF/SF边界的时域群速补偿法

TF／SF（Total Field／Scattered Field）法是FDTD（Finite-Difference Time—Domain）数值算法中引入平面波源的有效方法之一。本文对TF／SF法中的一维辅助渡源法进行改进，首先推导出三维FDTD网格内的电磁波传播群速和相速的近似解析解。为预测离散网格内电磁波传播提供理论基础；然后以此为依据，提出对一维辅助波源的时域群速补偿法。经过实际三维FDTD问题的数值模拟，证实了本文方法在保持一维辅助波源法高效简洁的同时，进一步减少了泄露误差，给FDTD计算散射问题提供了有力工具。     

基于Daubechies尺度函数的共形MRTD方法研究及其电磁散射应用

为了降低Yee氏蛙跳式网格划分的台阶误差,该文对3维曲面导体目标进行精确电磁建模,将时域多分辨(MRTD)算法与共形时域有限差分(CFDTD)算法结合,提出一种新的基于Daubechies尺度函数的共形时域多分辨(CMRTD)方法。该文提出将基于Daubechies尺度函数的MRTD迭代公式分解为若干传统FDTD迭代公式的线性组合,然后对最里面回路上的FDTD分解式运用局部共形技术,再将各个分解式进行线性组合,从而得到CMRTD结果。仿真结果表明,CMRTD方法既保持了MRTD方法节省计算资源、计算效率高等优点,同时明显提高了计算的精度。