基于MATLAB的FDTD两种常见吸收边界条件的编程

本文介绍了时域有限差分法的基本原理。结合两种常见的吸收边界条件，以具体模型为例，阐述了基于MATLAB编程的基本流程，并给出了用MATLAB绘制的场图。     

三维集成转接板互连电磁传播仿真中吸收边界条件的选取及其验证

为了完成三维集成转接板互连结构中电磁场分布的建模与数值计算,采用时域有限差分法(Finite DifferenceTime Domain, FDTD)仿真二维横电波(Transverse Electric, TE)的传播,观察在添加Mur吸收边界条件和完全匹配层(Perfectly Matched Layer, PML)吸收边界条件时边界处磁场的变化,绘制误差曲线与等相位线来检验这两种边界条件的吸收性能。结果表明,将PML边界条件作为二维TE波的吸收边界可以确保仿真结果更符合工程实际。     

基于FDTD法的电磁仿真的优化算法

在对研究对象所在空间进行电磁仿真的过程中,如果采用经典的均匀网格划分法处理具有复杂结构的物体(例如在同一物体上,某些部位之间的尺寸差别很大),势必造成网格数量巨大,计算成本过大的问题.为解决这个问题,提出了一种基于FDTD算法的渐变非均匀网格划分技术,在保证计算精度的基础上比均匀网格划分法占用更少内存和计算时间.仿真结果表明,该改进方法明显提高了计算效率.     

基于GPU的FDTD麦克斯韦方程快速求解

采用图形处理器(GPU)为主计算核心,应用时域有限差分法(FDTD)实现电磁学中麦克斯韦方程组的快速求解。通过对FDTD求解麦克斯韦旋度方程的直接时间域的分析,给出FDTD的仿真算法。根据GPU能高效地提高FDTD的仿真速度,解决FDTD仿真算法中的计算量庞大问题。利用GPU在FDTD计算中的处理能力,实现了更长的脉冲持续时间和庞大的模型求解与仿真,在适当的时间内完成了超大量的仿真计算。根据在CPU和FDTD上的实际计算结果表明,基于GPU的FDTD仿真算法具有高精度和高效率等特点。     

薄膜体声波谐振器的FDTD数值分析

提出了基于时域有限差分方法对薄膜体声波谐振器进行数值分析的新方法。利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程,牛顿方程和电学方程在空间和时间进行了离散化,通过得到的差分方程直接得出了声场传播的时域数值解。使用该数值方法对薄膜体声波谐振器的电学特性阻抗进行了分析,并将结果与一维Mason模型的解析解进行了比较验证。     

基于FDTD的三维全波电磁分析软件及工程应用

介绍三维全波电磁分析软件的算法实现和主要功能,软件包含电磁建模和FDTD数值求解两大模块,可用于射频微波等系统的电磁场分析和设计。自动进行满足FDTD算法条件的均匀和非均匀网格划分,生成描述介质、网格、边界条件、激励源设置等所需的数据文件。通过对目标物体进行平移、旋转、缩放等操作可以进行实时观察与修改,具有较强的电磁建模效率和三维可视化效果,实现了计算区间内电磁场的动态变化演示。通过在实际工程中的应用,以及和商用软件HFSS的对比,验证了软件的功能和应用价值。     

基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发

介绍了一个基于时域有限差分法（FDTD）的二维光子晶体器件设计软件PCCAD,所用的核心算法是时域有限差分法。与同类FDTD商业软件相比,特点在于其具有多种光子晶体结构编辑模板,多种点源、线源,先进的边界吸收技术及多种参数优化扫描等功能。快速傅里叶变换及Pade算法在软件设计中的应用使模拟更加精确、快速。软件适用于各种平面光子晶体的仿真设计,探索新的器件结构。最后,利用此软件设计了直波导、T型波导等二维平面光子晶体器件。     

一种基于面元模型的FDTD自动网格产生技术

针对复杂三维空间物体网格分解难题,提出一种基于面元模型的FDTD自动网格产生方法,使用该方法可以轻松实现对复杂面元目标的剖分.实验证明,这是一种易于实现、高效的自动网格产生方法.     

FDTD方法吸收边界条件的研究及应用

用时域有限差分法(FDTD)求解电磁散射问题中,吸收边界条件的设置起着关键性作用.通过时间和空间上的递推算法对时域有限差分法中的两种吸收边界条件:Mur吸收边界条件和完全匹配层(PML)的吸收效果进行了比较和分析.同时,引入参数对PML的差分方程进行了优化,避免了将电磁场分裂为两个分量进行计算,进而降低了计算内存开销.实验结果证明PML具有更优越的吸收性能.最后,在FDTD算法中应用PML吸收层对一圆柱形导体的雷达散射截面积(RCS)进行数值仿真,验证了FDTD算法在计算雷达散射截面积(RCS)上的有效性.     

基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理，然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件，最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

基于FDTD的机载短波天线辐射特性分析

机载天线辐射特性的研究对于机载天线的设计与布局具有重要的意义。机载天线在机身的影响下会改变其原有辐射特性,针对上述问题采用时域有限差分法(FDTD)对机载短波天线的辐射特性进行了分析,并应用FDTD对某型号机载短波天线进行了仿真:使用软件建立整机模型,应用自适应网格对其进行了剖分,设置了PML吸收边界,添加激励并计算得出增益方向图,最后将仿真结果与实测结果进行了比较,二者在天线工作频带内吻合,验证了FDTD对机载天线辐射特性进行分析的有效性与实用性。     

再辐射边界条件在FDTD中的应用

目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优越,设计思路清晰,编程简单,内存占有少,计算时间短的优点。推导了在离散网格中再辐射边界的反射系数与时间及空间步长的关系,通过时域有限差分方法（FDTD）进行了验证,与理论值基本相符。     

基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理,然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件,最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

基于卷积的Perfect-Match-Layers吸收层算法及其在PIC程序中的应用

基于卷积的PML吸收层算法能够吸收各种频率、各种传播方向、各种传播速度的电磁波,同时具有计算量小、吸收率高、可并行性好等突出特点。改进基于卷积的PML算法的差分形式,使之适合于PIC粒子模拟,编制了相应代码。对该算法的测试表明,对各种角度的散射电磁波振幅的吸收率达到0.999以上。     

基于时域抽样法的FDTD近远场变换

提出一种基于时域抽样法的近远场变换算法以改善经典时域近远场变换算法计算量大、计算速度慢的缺点.时域抽样法是基于这样一个事实:在时域近远场变换过程中不需要与时域有限差分计算同样的时间精度.在近远场变换前先对时域近场数据进行采样以减少数据的冗余,然后用改进后的算法进行近远场变换计算从而达到减少数据量、提高计算速度的目的.为验证本算法,以计算七元八木天线远场方向图为例进行算法说明, 并与经典时域法进行比较,结果表明本算法在保证与经典法具有同样精度的前提下,减少了90%数据存储空间,同时提高计算速度80%.应用本算法可以为天线仿真优化设计、雷达散射截面(RCS)计算等提供一种快速的时域计算方法.     

用MATLAB实现电磁波与目标作用的动态可视化

给出了一种实现电磁波与目标相互作用现象可视化的方法。首先用时域有限差分法在数值上模拟电磁波与目标相互作用过程,获取电磁场数据,然后利用MATLAB软件的科学计算可视化功能,将原始数据转换为动态图像。从而能够观察到电磁波传播、穿透、散射和吸收等现象,为直观地了解电磁波与目标相互作用的过程提供了一个有效的手段。     

室内通信用泄漏同轴电缆辐射场的仿真研究

研究室内移动通信优化问题,无线电波的均匀全向传播是室内无线通信系统正常工作的重要保障.由于电磁波传播折射造成衰减,使传统室内天线辐射出的电磁波无法均匀传播到室内空间各个角落.为了解决上述问题,提出一种用泄漏同轴电缆代替传统天线的解决方案.将时域有限差分方法与射线迫踪法相结合,对泄漏同轴电缆在室内空间中的辐射场进行仿真,...     

基于MPI的FDTD并行算法及其优化策略

由高性能PC机通过网络互联构成的集群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现FDTD的并行算法,获得了足够的加速比,有效地解决了传统的FDTD方法计算电大尺寸目标电磁散射问题时的不足.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现了FDTD算法的并行化.利用并行FDTD方法研究了电磁波的介质层的散射,结果表明并行算法和串行计算结果的一致性,并有效提高计算效率.最后还给出了对算法进行通信隐藏的优化方法,进一步提高了并行计算的效率.     

二维光子晶体传输特性的时域精细积分法

本文研究了二维光子晶体的时域精细积分法,并对其精度、效率、以及稳定性进行分析.从麦克斯韦方程的微分形式出发,利用Yee元胞将空间微分算子近似为差分算子,结合边界条件及激励源的表达式得到一组关于时间的常微分方程.对时间进行精细划分,使用精细积分算法求解常微分方程组.结合通解与激励源的特解得到光子晶体两端的反射场及透射场分布,进而通过傅里叶变换求得二维光子晶体的传输特性.数值算例表明,本文方法具有准确、稳定、高效的特点.     

一种FDTD仿真软件提取波导S参数的方法

在计算矩形波导的S参数时 ,一些基于FDTD方法的电磁场数值仿真软件只提供了激励点的S参数。在实际应用中 ,针对波导往往要求计算截面间的S参数 ,这使得不能直接利用该软件给出的结果。该文利用FDTD软件输出的稳态场分布 ,通过计算坡印廷矢量提取波导的S参数。通过比较不同计算时间步、空间步长、负载、吸收边界等对本提取方法的影响 ,验证了基于坡印廷矢量计算波导S参数的方法 ,并对一个实例进行了计算。本方法也可用于圆波导、同轴线等类似结构中S参数的提取