FDTD模拟软件电磁建模模块的研究和实现

FDTD算法(时域有限差分法)是解决电磁场问题的简单而有效的数值方法,在现有的计算条件下进行非均匀网格和均匀网格的生成以对目标物体建模是该算法的基本问题。本文介绍在直角坐标系下一种非均匀网格划分算法,并结合计算机可视化技术,实现电磁建模可视化模块的设计。该建模模块用于进行目标物体的3D可视化建模和电磁学参数描述及仿真数据预处理。文中的例子说明该电磁学建模模块数据处理有高效性、可靠性及良好的可视化效果。     

基于图形处理器的时域有限差分算法研究

如何提高时域有限差分算法（FDTD）的运算效率一直是FDTD数值运算研究的核心问题之一。针对近年来图形处理器（GPU）运算能力的高速增长及GPU通用运算概念提出的背景,对GPU加速FDTD运算的潜力与研究现状进行了总结,并对GPU加速FDTD运算的并行实现原理进行了阐述,通过将其与其他典型硬件加速方式进行比较,指出了GPU加速具有低成本易于开发移植等特点。通过GPU加速FDTD的实例运算,初步验证了GPU运算的可行性与高速性,证实了GPU加速运算FDTD运算存在广阔应用的前景,并对现有问题进行了总结。     

电磁计算中辛时域有限差分算法研究进展

辛时域有限差分（symplectic finite-difference time-domain,SFDTD）算法作为一种高精度、高稳定、高保真度的时域数值算法,在多个学科领域得到了广泛的应用,并已发展成为一种较为成熟的数值计算方法.本文主要对SFDTD算法的构建、数值优化以及相关关键技术处理进行了介绍.重点总结了基于时间和空间上的差分近似优化处理方法,处理不连续边界及金属曲面时的局部修正方法,以及时域电磁仿真中不可或缺的三大关键技术:总场/散射场技术、完全匹配层（perfect matched layer,PML）、近远场变换技术.最后,介绍了SFDTD算法在电磁仿真、量子力学求解、多物理问题建模与分析中的具体应用.     

基于图形处理器的时域有限差分算法硬件加速

为利用图形处理器(GPU)的运算能力进行时域有限差分算法(FDTD)硬件加速,针对GPU运算的特点对FDTD算法进行了优化处理,并提出一套采用\     

横向沙丘表面电磁散射的时域有限差分法研究

空对地海目标的监测、识别是用电磁波与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的,为了满足地海环境中目标的监测、识别的需要,首先要研究地海环境的电磁散射特性;应用指数型分布粗糙面模拟横向沙丘表面的高度起伏情况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘迎风坡、背风坡表面以及沙丘之间的平坦沙漠表面,使用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,运用FDTD计算方法研究了横向沙丘的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线;数值计算了沙丘坡顶高度,沙丘迎风坡与背风坡坡底到坡顶的水平距离,沙丘坡顶间间距,入射角度以及沙土湿度对散射系数的影响;计算结果表明,沙丘坡顶高度、沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离、沙丘坡顶间间距、入射角度和沙土湿度对散射系数的影响较大,而沙丘背风坡坡底到坡顶的水平距离对散射系数的影响较为复杂。     

面向工程应用的电磁散射特性建模关键问题研究

随着计算电磁学和计算机技术的迅速发展，电磁散射特性建模技术从算法研究向产品化、集成化、工程化发展.文中分析了探测、识别、伪装等实际工程应用中对电磁散射特性建模技术的具体需求，总结了几何建模、网格剖分、电磁计算和模型验证等建模流程中存在的关键问题与解决方式，以及电磁散射建模技术的发展特点.     

基于等效建模的多尺度电磁计算技术研究进展

随着设计复杂度的提高和工作频率的提升,无线部件与系统的多尺度特性日益显著,它们的电磁仿真与优化均受制于多尺度电磁计算。在多尺度电磁计算中,精细结构的存在导致局部网格过密,这造成了系统矩阵病态和计算效率低下的问题。等效建模技术利用小尺度结构等效模型进行多尺度电磁计算,从而避免局部网格过密导致的系统矩阵病态问题。总结了多尺度电磁计算及等效建模的研究背景与现状,介绍了课题组针对多尺度电磁计算涉及的金属细线结构、低剖面天线等典型小尺度结构提出的等效模型,展示了等效建模技术在多尺度电磁计算中的应用及优势,并讨论了其未来发展趋势。     

基于OpenGL和FDTD的电磁建模三维可视化实现

开放的图形程序接口(OpenGL)是一个国际组织提供的规范,可以跨平台使用,是一个功能强大,调用方便的底层3D图形库;时域有限差分(FDTD)算法是解决电磁场问题的简单而又有效的数值方法。把两者结合并利用计算机可视化技术,对目标系统进行电磁建模研究,实现了电磁建模模块的三维可视化设计。该建模模块可用于进行目标物体的三维可视化建模和电磁学参数描述及仿真数据预处理。微带耦合器的建模实例表明该电磁建模模块数据处理具有高效性、可靠性和良好的三维可视化效果。     

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.     

相控阵天线时域有限差分计算中激励源分析

在时域有限差分(FDTD)方法用于偶极阵列天线数值计算时,采用带有内电阻的缝隙馈电激励源模型,及选择自由度较大的调制高斯脉冲信号,来提高数值算法迭代计算的收敛速度;在各馈电单元的时域信号中通过引入合适时间延迟,实现对相应单元相位的控制。用二元相控阵列天线模型,验证了算法和程序是正确的;用六元相控圆形阵列天线,分析了该算法在实际相控阵天线问题分析中的应用。     

FDTD分析准八木天线的算法实现

介绍时域有限差分（FDTD）法计算准八木天线驻波比的算法实现方法。文中利用模型描述文件对天线进行了建模和网格划分;将各向异性完全匹配层（UPML）吸收边界分区编写,并利用区域的对称性简化了程序;采用带内阻的电压源作为激励源;最后从总电压中分离出入射电压和反射电压,得到了准八木天线的驻波比。实际制作了一个准八木天线并进行了测试,计算结果与实测结果基本一致,表明该实现方法是正确和有效的。     

三维介质体及薄理想导体曲面的FDTD建模

提出了一种基于场量位置的平均网格电参数法建模任意形状的介质体,引入辅助磁场和电场分量建模薄理想导体曲面的三维FDTD建模方法.采用提出的方法计算了介质谐振器和圆锥喇叭天线.与已发表文献中的结果比较,表明了计算结果的正确性,也验证了提出的建模方法的可靠性.     

渐变开槽相控阵天线的FDTD分析

对UHF波段无限大开槽阵列天线进行了时域分析,应用Floquet原理对阵列的结构进行区域划分,同时采用时域有限差分法（FDTD）进行数值仿真,研究了作为相控阵天线应用时的频率和空间扫描特性,给出了数值计算结果,得到一些有参考价值的结论。     

三维FDTD建模软件的开发及应用

介绍了三维FDTD建模软件的开发,电磁建模和网格生成采用Visual Basic实现。该软件提供给FDTD仿真软件诸如介质、网格、边界条件、激励源设置之类的数据文件;自动生成满足FDTD算法条件的均匀或非均匀网格。采用OpenGL技术,通过对图形的旋转、平移、缩放、透视等操作对目标物体进行细致的实时观察与修改,实现了计算区间内电磁场的动态变化演示,具有建模速度快、可视化效果好等优点,保证了FDTD数值求解过程的正确与高效。最后利用该软件对微带拐角等不连续性问题进行了建模和仿真,取得了较好的效果。     

大尺寸天线的FDTD仿真

在三维Yee网格模型以及蛙跳模型基础上,分析了使用FDTD方法对天线的计算,重点讨论了非均匀网格技术和近远场转换原理,同时还研究了激励源以及吸收边界条件的具体实现办法。最后,以大尺寸喇叭天线为例,用理论和实验结果验证了计算方法的正确性,解决了大尺寸天线的FDTD仿真问题。     

非均匀网格FDTD法

本文提出了一种新型非均匀网格的ＦＤＴＤ法，只需在大小网格连接边界上进行特殊处理，就能较好地解决计算量与精度之间的矛盾；采用本方法分析了柱体目标二维瞬时散射场，并与传统ＦＤＴＤ法作了比较。     

基于测量S参数的有源器件FDTD建模方法

该文提出了一种新的基于测量s参数的有源器件FDTD建模方法。该方法借助于矢量拟合技术(VF)和分段递推卷积技术(PLRC)完成建模,不必知道器件的等效电路,并保留了传统FDTD算法显式差分的特点,得到了一般性的FDTD迭代公式。另外,该方法的数据处理过程主要在所需频段内操作,避免了传统方法中由直接逆傅里叶变换所引起的非因果时域误差。对于全波分析包含实际有源器件的微波电路具有一定的实用价值。