时域有限差分法及在光电子学中的应用（一）

时域有限差分法是近几年来发展很快的一种求解电磁问题的数值方法。这种方法适应性强，所用计算机存储单元少，已在许多领域得到大量应用。介绍了时域有限差分法的基本原理和在光电子学中的一些应用。     

三维PML吸收边界条件在微带线不连续性问题分析中的应用

将完全匹配层(PML)吸收边界条件从求解二维TE/TM模问题推广到求解三维混合模传输线问题.通过对各种三维微带线不连续性结构散射特性的计算表明,文中给出的电磁PML吸收边界条件保持了二维情况下宽带、高精度的优点,在复杂结构的FDTD分析中具有重要的实用意义.     

微带天线阵的宽带、全波、一体化分析

本文首次采用时域有限差分法（ＦＤＴＤ）和修正的完全匹配层（ＭＰＭＬ）吸收边界条件，对１６单元的微带缝隙直线阵列三线进行了全波，宽带，一体化分析，文中讨论了ＭＰＭＬ在微带结构中的设置方法和完全匹配条件，比较了采用ＰＭＬ，ＭＰＭＬ两种吸收边界条件的结果，结果表明，由于微带阵天线近场比孤立的微带业线包含更多的衰减较慢的凋落波，ＰＭＬ难以吸收这些凋落波而产生较大误差，ＭＰＭＬ在吸收凋落波方面明显优于ＰＭＬ     

几种新的吸收边界条件在电磁散射中的应用

在应用ＦＤＴＤ求解电磁散射问题时,需要引入了吸收边界条件来截断计算空间。将Ｚ变换域上导出的几种新的吸收边界条件应用于三维电磁散射问题的分析。通过数值计算验证了这几种吸收条件的有效性并与ＭＯＭ法等进行了比较。     

关于FDTD中驻波-行波边界条件的讨论

本文对文献〔1,2〕中提出的“驻波 行波边界条件”的适用范围及误差产生的原因提出一些不同的意见 ,并推导出对误差的修正因子。分析结果表明 ,该边界条件仅适用于波垂直或近似垂直入射于截断边界的情况。     

三维PML吸收边界条件在微带线不连续性问题分析中的应用

将完全匹配层（PML）吸收边界条件从求解二维TE／TM模问题推广到求解三维混合模传输线问题,通过对各种三维微带线不连续性结构散射特性的计算表明,文中给出的电磁PML吸收边界条件保持了二维情况下宽带、高精度的优点,在复杂结构的FDTD分析中具有重要的实用意义。     

采用PML吸收边界条件的FDTD法的分析平面微带结构中的应用

本文将理想匹配层（PML）吸收边界条件用于平面微带结构的时域有限差分法（FDTD）分析中,给出平面微带结构的PML吸收边界条件,并编制程序,进行数值计算。结果表明,与传统的Mur吸收边界条件相比,采用PML吸收边界条件只需采用最简单的馈源模型就可明显地减小计算网格空间和加快收敛速度,并且可用于分析任意复杂结构的微带电路。本文方法对微带电路及微带天线的CAD设计将具有实际意义。     

柱坐标系中的驻波-行波边界条件

时域有限差分法模拟中所用的驻波-行波边界条件(STWBC)具有较高的计算效率,且非常易于实现.但此吸收边界条件最初仅用于直角坐标的情形.文章将STWBC扩展到柱坐标的情形与直角坐标的情形一样,柱坐标中的STWBC也在计算域外附加理想导电(磁)壁进行截断,并将边界处的驻波转化为行波,从而模拟行波在无限大空间的传播.文中给出的数值算例证明了此种吸收边界条件的有效性.     

时域MEI方法在矩形导体柱散射问题中的应用

本文用时域有限差分法（FDTD）模拟二维矩形导体柱的电磁散射场，采用时域不变性测试方程（MEI）作为吸收边界条件对该散射场进行求解。将所得计算结果与截断边界网格点采用Mur二阶吸收边界条件所得的数值结果相比较，两者吻合很好。结果表明使用时域MEI方法作为吸收边界条件能有效缩短截断边界与物体边界的距离，且能得到足够精确的解。     

采用PML吸收边界条件的FDTD法在分析平面微带结构中的应用

本文将理想匹配层(PML)吸收边界条件用于平面微带结构的时域有限差分法(FDTD)分析中,给出平面微带结构的PML吸收边界条件,并编制程序,进行数值计算。结果表明,与传统的Mur吸收边界条件相比,采用PML吸收边界条件只需采用最简单的馈源模型就可明显地减小计算网格空间和加快收敛速度,并且可用于分析任意复杂结构的微带电路。本文方法对微带电路及微带天线的CAD设计将具有实际意义。     

APPLICATION OF THE PML ABSORBING BOUNDARY CONDITION TO FD-TD SIMULATION

The key problem of finite-difference time-domain (FD-TD) method is the skillful application of special conditions on the boundaries of the computational domain. A new technique named Perfectly Matched Layer(PML) yields a robust Absorbing Boundary Condition(ABC) independent of the angle of incidence and the frequency of outgoing waves. In this paper, the principle of the PML technique is briefly presented. Then some problems in the application and their settlements are discussed emphatically. Finally three numerical tests and a measured result are devoted to examine the accuracy and effectiveness of this approach.     

FDTD算法的线性预测吸收边界条件

提出了一种全新的FDTD吸收边界条件——线性预测吸收边界条件(Linear Prediction Absorbing Boundary Condition——LPABC)。通过对吸收边界上的入射场进行深入的分析研究，发现在某些条件下吸收边界上的场值与入射方向上其相邻区域的场值是线性相关的，从而提出了一种利用入射方向相邻区域的场值对吸收边界上的场值进行线性预测的吸收边界条件。采用这种吸收边界条件，计算域内的场为行波场，在边界处是无反射的。此外，这种吸收边界条件不需要设置额外的吸收层，也不需要存储前一时刻的场值。最后进行了FDTD实际计算，计算结果表明LPABC吸收边界条件是有效的。     

一种有效的吸收边界条件及其在散射问题中的应用

本文推导了非均匀各向异性媒质的有限差分方程,通过改变参数可以使该差分方程适用于均匀、非均匀、各向同性或各向异性等各种情况下柱体的散射计算.文中还给出了一种新的吸收边界条件,并与不变性测试方程法和矩量法在计算时间、存贮空间方面进行了比较.结果表明:运用这个条件在计算时间和存贮空间上都具有优点,是计算电大尺寸媒质柱体电磁散射特性的一种有效手段.     

含电磁双各向异性介质衬底的FSS特性分析

运用谱域Galerkin法对含电磁双各向异性介质衬底的频率选择表面(FSS)进行了分析,概述了算法的基本实现过程,直接以Maxwell方程为基础,逐步推导出该周期结构中的谱域格林函数.文中在衬底介质参数的变动下,对一系列FSS反射系数进行了有效计算,计算结果表明了介质衬底的电磁各向异性特性对FSS频率选择特性的影响.     

随机分布频率选择表面对材料电磁波吸收性能影响的实验研究

研究了由随机分布的电阻薄膜构成的频率选择表面(FSS)对复合材料电磁波吸波性能的影响。讨论了FSS中电阻薄膜的表面占有率,电阻薄膜的面分布状态以及电阻薄膜的面电阻等因素对材料反射率变化的作用。实验结果表明,在复合材料中加入适当表面占有率的FSS可以显著地提高复合材料在频率低端的吸收效果。具有非对称分布形态的FSS比对称分布的FSS能更好地改进复合材料的吸收性能,同时吸收性的改进也和导电膜的表面电阻有关。     

随机分布贴片构成频率选择表面的吸波特性研究

探讨了随机分布贴片构成的频率选择表面在吸波材料应用中的原理,提出了用随机分布的电阻贴片来拓展吸波带宽和提高吸收率.用有限元方法仿真分析了这种频率选择表面应用于吸波材料设计的可行性.讨论了表面占有率、表面电阻率以及分布形式对复合材料反射率频率特性的影响.仿真结果证明包含这种新型FSS结构的吸波材料可以很好地改善材料的吸波性能.     

芯片内互连线计算中的一种算法实现

文章解决了将"变方向隐式方法的三维时域有限差分法"(3D ADI-FDTD)应用于高速芯片内互连线的电磁场计算中很多关键问题,包括源的产生方案及其数值结构,具体边界吸收条件的差分格式.特别是针对芯片互连线中的多层介质、多导体线的结构,提出了稀疏的矩阵模型和可变网格的划分.数值实验表明,对原有ADI-FDTD方法所做的这些改进,能够在保证适当精度的情况下提高计算速度.     

柱坐标系下FDTD算法的吸收边界条件

本文借助二阶准波方程式研究了柱坐标系下FDTD算法的一种吸收边界条件.根据这一边界条件,编制了相应的计算程序检验其吸收特性,并与均匀柱面波传播的简单吸收条件作了比较.计算结果表明,该吸收边界条件具有较好的吸收性能.     

关于FDTD中驻波-行波边界条件的再讨论

驻波-行波边界条件(STWBC)是一种新近提出的概念清晰、实现简便的吸收边界条件。本文对STWBC的误差来源和适用范围作了进一步研究，说明STWBC的思想是正确、新颖的，其难点在于如何减小差分实现时产生的误差。同时，分别针对一维和二维情况，从理论上分析了原一阶STWBC迭代式的误差来源，并提出了二阶STWBC迭代式。