一种分析微带贴片天线的辛时域有限差分方法

文中研究了在时间上采用5级4阶差分、空间上采用4阶差分的高阶辛时域有限差9（SFDTD）数值方法。给出其三维差分公式．将吸收边界条件应用于微带天线的计算中，计算了微带贴片天线的回波损耗及输入阻抗等．计算结果证明，该方法的精确性和正确性．     

两种新的时域有限差分算法

本文提出了两种新的求解麦克斯韦偏微分方程组的差分网格模型，并在此网格模型的基础上，给出了两种时域有限差分（ＦＤＴＤ）新算法。这两种算法的性能在某些方面比传统的Ｙｅｅ－ＦＤＴＤ算法优越。     

基于高阶时域有限差分算法的电磁波传播计算

利用FDTD(2,4)高阶时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法并结合滑动窗口的思想,对电磁波传播特性进行了仿真计算. 采用的高阶FDTD算法在空间上达到四阶精度,与二阶精度的传统FDTD算法相比,在相同每波长采样数的条件下,数值色散误差能得到进一步的减少. 在源脉冲传播较长距离时,数值色散的减少使得时域下脉冲扩展现象得到改善,滑动子窗口仍然能包含着激励源脉冲的全部信息,从而可更加准确地计算长距离电波传播特性. 另外,在相同的数值色散误差容限下,每波长采样数比传统二阶FDTD方法有所减少,从而节省存储空间,加快计算速度.     

时域有限差分（FD—TD）法

本文系统地论述了时域有限差分(FD-TD)法的基本原理,讨论了有关Yee算法中麦克斯韦旋度方程的差分表示、数值稳定性、数字色散及吸收边界条件等重要问题,并用一些数值结果给予说明。     

时域有限差分算法的计算机实现可行性研究

时域有限差分法是解决电磁场计算的重要算法。该算法基于简单的公式迭代,很容易处理不同介质组成的电磁结构。但由于有限的计算机存储空间使得时域差分算法的空间有限,利用特殊的边界条件来截断电磁场问题的几何空间才能用于计算机编程实现。     

时域有限差分技术结合Thompson变换计算复杂形体的电磁散射问题

本文首次将微分－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换应用到电磁散射领域,为解决复杂物体的电磁微射问题提供了一种全新的方法。该方法先利用微分－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换将形体变换为计算域内的规则形体,再用时域有限差分法在计算域内求出分布,由变换的一一对应关系直接得出物理域内的场值。具体计算实例成功验证了该方法的有效性。     

一种提高内存使用效率的时域有限差分算法

证明了即使在无源区域,局部一维时域有限差分法（LOD-FDTD）所给出的电磁场量也不满足零散度关系,推导了该散度关系的具体表达式。基于该非零散度关系和麦克斯韦旋度方程,将LOD-FDTD法与减缩时域有限差分法（R-FDTD）相结合,得到一种新的局部一维减缩时域有限差分法（LOD-R-FDTD）。该方法不仅具有LOD-FDTD方法的优势,计算公式简单,消除了CFL稳定条件对时间步长的限制,而且与LOD-FDTD相比平均节约了1/3内存使用量。通过仿真计算与其他方法对比,证明了LOD-R-FDTD方法的准确性和有效性。     

高阶减缩时域有限差分的一种实现方法

减缩时域有限差分（R—FDTD）法是一种高效节约存储量的算法,但目前对时间和空间的差分均只有二阶精度。本文提出了对时间和空间的差分分别具有2M阶和2N阶精度的R—FDTD的一种实现方法,相对于目前的R—FDTD,并不增加存储量。数值实验证实了这一方法的有效性。     

计算电离层VLF波传输特性的时域有限差分算法

在星载甚低频( VLF)通信技术中,研究甚低频信号在电离层中的传输特性具有重要意义。现有的利用时域有限差分( FDTD)算法研究电离层传输特性大多基于高频脉冲信号,且传播模型相对粗略,计算存在一定误差。为此,建立了更为精确的电离层各向异性传播模型,对常规的FDTD算法引入变步长因子,并用该算法对VLF波在电离层中的场强衰减进行了数值计算,研究了昼夜变化及频率对其传输特性的影响。仿真结果与卫星实测数据对比表明：与常规的FDTD算法以及全波分析方法相比,引入变步长因子的FDTD算法精度更高;在VLF频段,降低频率有利于电磁波穿透电离层,且白天的衰减明显大于夜间;VLF波在射入电离层并穿透D层时衰减严重(30~40 dB),约为F1层中衰减的3倍。     

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。     

单极天线和偶极子天线辐射特性数值计算*

采用时域有限差分法(FDTD)在柱坐标系下对同轴线馈电单极天线辐射特性进行数值计算,推导了二维扩展柱坐标下修正的Maxwell方程,应用辅助微分方程FDTD法对修正的Maxwell方程进行了差分离散,以TM波在自由空间中的传播为例,仿真了电磁波在自由空间中传播过程并分析了坐标伸缩完全匹配层的性能,建立了单极同轴线馈电天线仿真模型,仿真分析了同轴线馈电单极天线的近场、远场及阻抗特性。在三维直角坐标系下建立了偶极子天线仿真空间模型,数值计算了偶极子天线不同切面的远场方向图,仿真结果与客观实际相同,验证了空间模型及相关理论的正确性。     

基于时域多分辨分析方法的地闪雷电电磁脉冲计算

为提高地闪回击电流辐射场的计算效率,提出基于时域多分辨分析的雷电电磁脉冲计算方法.在二维柱坐标系下,以具有紧支撑的Daubechies小波尺度函数作为时域多分辨算法的展开基函数,推导出该算法在二维柱坐标系下的迭代计算公式;采用完全匹配层吸收边界条件截断计算域.利用该算法计算了与放电通道不同距离处雷电电磁脉冲的各个场分量.将所得结果与时域有限差分法的计算结果进行比较,结果表明: 二者具有较好的一致性;在相同精度要求下,时域多分辨算法不仅具有更好的数值色散特性,还提高了计算效率、降低了计算内存开销.     

光子扫描隧道显微镜光子隧穿可视化数值模拟

提出了一种新的入射波设置“三波法”,即将光子扫描隧道显微镜(PSTM)系统中的入射波、全内反射波和透射的隐失波同时设置为时域有限差分(FDTD)计算区域的入射源,克服了PSTM中应用FDTD所遇到的存在样品台(分层界面)和全内反射等困难。给出了PSTM中探针针尖与样品相互作用和光子隧穿的物理图像。模拟了PSTM探针等高扫描过程。给出了PSTM图像,比较了单光束照射与π对称照射等高度扫描曲线的不同,前者有一定的偏移,后者可纠正偏移。     

基于高阶辛算法的纳米器件本征问题仿真

研究精确和高效的数值方法是现代纳米器件建模和优化的重要目标之一,而分析大部分纳米器件特性的切入点是确定器件结构的能量本征值和能量本征态。本文提出了一种新的算法—高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3,4): symplectic finite-difference time-domain)求解含时薛定谔方程。在时间上采用三阶辛积分格式离散,空间上采用四阶精度的同位差分格式离散,建立了求解含时薛定谔方程的高阶辛时域有限差分算法。将高阶辛算法SFDTD(3,4)用于一维量子阱中盒中粒子和谐振子的仿真中,实验结果表明SFDTD(3,4)法比传统的时域有限差分算法以及高阶时域有限差分算法更加准确,适用于对纳米器件本征问题的长时间仿真。     

脉冲波反射折射特性的分析计算

利用FDTD法和PML技术计算分析了平面分界面对脉冲波的反射和折射,充分而形象地描绘平面界面对脉冲波反射的时域过程。通过对折射波的分析获得下述结论：当入射角小于临界角时,折射波波前与几何光学原理一致,当入射角大于临界角时,沿界面传播的折射波不是慢波,而是以媒质Ⅱ的速度传播。所得结果有助于加深对脉冲波反射和折射性质的理解。     

辛时域多分辨率算法在波导结构仿真中的应用

文中基于Daubechies紧支撑尺度函数的辛时域多分辨率(symplectic multiresolution time-domain,S-MRTD)算法,在时间方向上采用优化的3级3阶的辛算子进行离散,以减少时间步的迭代次数,在空间方向上采用小波尺度函数展开算法进行离散.给出了S-MRTD算法的三维迭代公式,并将其...     

时域有限差分法中金属薄板边缘场差分方程的修正

本文提出了一种时域有限差分法中金属薄板边缘场修正的差分方程.以带状线和V形天线为例检验了修正的差分方程的有效性,数值结果表明,和金属板边缘阶梯近似相比,计算精度大大提高.     

时域电场积分方程的稳定求解

提出了一种基于时域电场积分方程的稳定精确数值方法计算任意形状理想导体的时域散射.矢量位的时间导数采用中心差分近似,而标量位采用时间平均表示,并且标量位和矢量位在单元上随时间变化采用单元中心处的值来计算.将该方法与隐式方法相结合可以得到稳定精确的求解结果,而不必对电流密度进行时间或空间平均的处理过程.从模拟结果证明了该方法的稳定性和精确性.     

拱形坑道建模及吸收边界性能比较

建立了侧壁拱顶形坑道模型,该模型可根据实际需要在0～π/2范围内选择坑道的弧度.将坑道看成有耗波导,采用TE10模和TMn模进行强迫激励,在此基础上比较了完全匹配层(Perfect Matched Layer,PML)、各向异性完全匹配层(Uniaxial PML,UPML)和卷积完全匹配层(Convolutional PML,CPML)三种在坑道计算模型中常用的吸收边界条件各方面的性能.数值结果表明:CPML边界条件可以有效吸收低频凋落模,克服了PML和UPML用于长时间计算造成的晚时反射,减小了计算域,缩短了计算时间.