快速时域有限差分方法计算矩形缺陷接地结构

Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定性条件会限制传统时域有限差分(FDTD)时间步长的选择,因此,采用传统FDTD对矩形缺陷接地结构(RDGS)传输系数(S₂₁)进行计算,需要耗费大量的计算时间。为了节省计算时间,提高计算效率,采用无条件稳定的Crank-Nicolson格式FDTD(CN-FDTD)对RDGS传输系数进行计算,详细讨论了CN-FDTD时间步长与计算效率和计算精度的关系。数值结果表明:当CN-FDTD时间步长取值远大于CFL时间步长时,其计算结果与传统FDTD计算结果仍然吻合,同时计算效率能提高77.2%。比较了CN-FDTD和ADI-FDTD的计算误差,在时间步长取值相同的情况下,CN-FDTD的计算误差要远小于ADI-FDTD。     

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.     

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.     

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。     

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。     

三维最优时域有限差分方法

数值色散是时域有限差分方法(FDTD)中最主要的误差来源,导致数值相速成为频率和方向的函数。文中讨论了一种基于最优有限冲激滤波器设计方法的最优差分格式,从频率空间或者波数空间中实现对理想偏微分算子的逼近,构造一种新的具有低数值色散关系的最优时域有限差分方法。文中导出了其数值色散关系和进行了稳定性分析,并通过与常用的基于泰勒级数展开定理的高阶(2,4)时域有限差分法相比较,发现最优时域有限差分法的数值色散得到了极大的改善。最后通过一个数值例子来验证其有效性。     

微波铁氧体器件的时域有限差分

时域有限差分方法被扩展用于旋磁媒质，使用时域接近的方法解麦克韦方程及一致性的磁化强度矢量运动方程。新的改进方程已推导出来，它包括在常规方向磁化的有限尺寸的铁氧体材料。新的规则包含了因为非磁性影响导致的非一致磁化强度，为使我们的公式合法化，薄膜隔离器的全波分析被使用在三维，数据计算的结果与测量结果比较，有很好的一致性，本文的方法也可用于诸如环流器、移相器等其它２微波铁氧体器件。     

圆环天线的时域有限差分分析

采用时域有限差分算法（FDTD）计算了圆环天线在高斯脉冲激励下的瞬时电流分布，通过付里叶变换，获得天线在不同频率下的稳态电流分布，经过进一步计算，得出天线在这组频率下的辐射方向图和输入阻抗。     

电离层时域散射与逆散射的数值

采用具有四阶精度的时域有限差分法计算了电离层对时域脉冲的散射,然后应用小波变换求出了反射信号的时频分布.这一时频分布就相当于电离层的频高图.最后利用POLAN程序重建了等离子体剖面,重建剖面非常接近原始剖面.     

平面波在时域有限差分法中的引入方法研究

基于角点延迟的思想,研究了时域有限差分(FDTD)法中,两种在连接边界上引入平面波的方法--一维平面波推进法和解析法.仿真结果表明:一维平面波推进法与解析法同样有效;一维平面波推进法很大程度上抵消了FDTD法的数值色散误差,溢出波较少,而解析法出现了较多的溢出波;使用一维平面波推进法时,减小网格尺寸能够进一步减小溢出波...     

用于生物组织电特性重建的探头研究

对适用于分层生物组织电特性重建的宽带同轴贴片探头进行了研究.采用时域有限差分(FDTD)法分析了同轴贴片探头在三层生物组织中的场分布,结合遗传算法(GA)优化了探头的尺寸.优化设计出的圆形同轴贴片探头具有轴对称特点,辐射近场在生物组织中透入深、分布集中,反射系数的频率响应特性好,适用于局部分层生物组织电特性的重建,实验证明探头的设计优化是正确的.     

二维时域有限差分法对接地板宽度有限的共面波导的特性参数分析

本文利用二维时域有限差分（FDTD）法分析接地板宽度有限的共面波导（FGCPW）在高达1THZ频段内的频变特性。将计算结果与三维FDTD法分析结果相比较发现，其一致性较好，且大大提高了仿真的效率，通过比较拉地板宽度对FGCPW的色散和衰减特性的影响，说明设计共面波导的关键在于对几何尺寸参数的正确选择。文中还引出各参数间的一般约束关系。     

一种复杂背景下浅地表金属地雷识别方法

提出运用时域有限差分(FDTD)方法结合遗传算法进行机载或车载地表穿透合成孔径雷达(CPSAR)浅地表金属地雷识别的方法.该方法利用地雷的一维散射中心个数及其相对位置的匹配函数获取地雷结构信息,从而将真实目标分辨出来.利用FDTD法建立了浅地表地雷的散射模型,为了验证该模型,模拟了高斯起伏地面下M6A1金属地雷的散射特性,仿真数据和测试数据基本吻合.对高斯起伏地面下两类金属地雷目标的分类识别,表明该方法具有良好的目标识别能力.