相对运动等离子体平板与电磁波相互作用研究

高超声速飞行器在飞行过程中,由于高温高压的作用,会在飞行器表面形成一层等离子体鞘层,飞行器及其等离子体鞘层相对于地面测控中心做高速相对运动,对目标物电磁回波会带来严重影响.此外,等离子体鞘层的时变特性,也会对目标物雷达回波进行调制,使测控中心难以识别、跟踪目标.本文利用Lorentz-FDTD方法研究了相对运动等离子体鞘层与电磁波之间的相互作用,并分析了等离子体鞘层的相对运动特性和时变特性对电磁波造成的影响,发现运动的时变等离子体除了对电磁波造成多普勒频移外,还会对入射波频谱进行调制.     

横电磁波传输室的三维FDTD法分析

本文运用时域有限差分（FDTD）法模拟电磁波在TEMcell（横电磁波传输室）中的传输，并对之进行了三维分析，给出了TEMcell中TEM模场的横截面分布及纵向分布；计算了TEM模与高阶模的谐振频率；分析了TEMcell的上限可用频率。此结果对横电波传输室的设计和使用具有重要意义。     

用FDTD算法模拟电磁波在各向异性媒质中的传播

本文用时域有限差分（FDTD）法计算并模拟电磁（光）波在各向异性媒质中的传播。为了验证方法的有效性，以负单轴晶体为例进行了大量的数值计算，从所得结果看，双折射和极化分束现象清且与解析图解法的结果相吻合，此法确可推广应用于普遍的各向异性媒质中电磁波的传播问题。     

PSTM孔径光纤探针的FDTD数值模拟

用二维时域有限差分法 ,讨论了光子扫描隧道显微镜 (PSTM)中入射波的入射角、样品探针间距以及镀金膜孔径光纤的结构参数如膜厚 ,孔径宽度对成像的分辨率及灵敏度的影响 ;研究了镀不同金属膜的孔径光纤的分辨率与灵敏度 ,并与无镀膜有孔径光纤进行比较     

等离子体涂覆三维目标的改进Z FDTD方法分析

提出一种分析色散介质的改进Z-FDTD方法,将其与传统的Z-FDTD方法进行了对比,证明了其高效性与精确性。改进算法省略了中间变量D,直接对电场E进行傅里叶变换。改进后的算法与传统Z变换方法相比,具有公式简洁,编程简单,节约内存及计算时间的优点。应用此方法分析了非均匀等离子体覆盖三维目标的双站雷达散射截面(RCS)。计算结果表明合适的选择等离子体厚度可以在一定范围内减小目标的双站RCS,从而达到隐身效果。而改进算法的应用节约了计算机内存,在数值计算中引入此方法将会进一步降低计算时间提高效率。     

等离子体中的涡旋电磁波传播研究

目前对涡旋电磁波的产生方法及应用已经有很多理论及实验上的研究,但对于其传播过程的研究还非常缺乏,尤其是在电离层等离子体中的传播过程的研究.本文建立了柱坐标系下的时域有限差分方法模型,推导了柱坐标系下的边界吸收方法,在此基础上计算了涡旋电磁波在真空及等离子体中的传播过程,同时模拟了等离子体密度在涡旋电磁波作用下的时空演化过程.模拟结果表明：通过阵列天线模型产生的涡旋电磁波在真空中传播时涡旋的形状不会改变;在等离子体介质中,涡旋波的传播依然遵循线性理论,当涡旋电磁波遇到截止频率的等离子体时也会有明显的反射,并产生驻波;同时,在等离子体中涡旋波依然可以保持涡旋形态;涡旋波对等离子体的线性作用使得等离子体也呈现出涡旋态,与实验中的观测相符.以上的模拟结果能为涡旋电磁波加热电离层的实验以及未来在短波通信方面的应用提供理论支持.本文建立的涡旋波在等离子体中的传播模型也为进一步研究涡旋波与等离子体的非线性相互作用打下了基础.     

超宽带脉冲横电磁波喇叭的数值模拟

本文用时域有限差分方法分析和优化了前端是平行板传输线的横电磁波喇叭天线（其激励源是由同轴线馈入的超宽带电磁脉冲），优化了平行板传输线和横电磁波喇叭的尺寸，给出了天线的一些特性参数随频率的变化关系、天线的辐射场分布、天线辐射的能量方向图以及天线长度对增益的影响等。     

强电磁脉冲电离大气三维FDTD仿真

强电磁脉冲在大气中传播时会导致大气分子电离,且电离气体又会反作用于传播的电磁波,因此是 一个传播状态动态实时变化的物理过程。要准确模拟该过程需要综合考虑电磁波传播、大气电离、带电粒子运动等 物理过程。为解决该问题,文中结合麦克斯韦方程、等离子体方程、磁流体动力学方程等,构建多物理场分析方程 组,该方程组能够考虑强电磁脉冲传播时大气电离、扩散、附着、复合等物理效应。进而结合三维时域有限差分方法 (FDTD)来构建动态仿真模型,对强电磁脉冲在大气中的传播过程进行仿真并分析其宏观大气电离效果。     

吉赫横电磁波传输室传输特性的宽频带分析

吉赫横电磁波传输室（ＧＴＥＭ ｃｅｌｌ）上限工作频率可达几个吉赫,因而在电磁兼容测量中得到越来越广泛的重视和应用。本文在非正效坐标系下采用ＦＤＴＤ（时域有限差分）法求解电磁波在ＧＴＥＭ ｃｅｌｌ中的传输特性,给出了ＧＴＥＭ ｃｅｌｌ中ＴＥＭ模的模向分布和纵向分布,分析了高阶模对场分布均匀性的影响,由此确定了ＧＴＥＭ ｃｅｌｌ的上限工作频率范围。计算及分析结果对ＧＴＥＭ ｃｅｌｌ的设计和使用具有重要     

通过导电壁上窗口透入的电磁波对人体作用的研究

本文用时域有限差分法和人体非均匀电磁模型研究了通过无限大导电壁上窗口透入的电磁场与人体的相互作用。首先对平面电磁波通过导电壁上窗口的透入射性进行了计算，并与解析解进行比较，证明了计算的可靠性。在此基础上对不同极化情况的入射平面波的透入场与靠近窗口的姿人体模型的作用进行了研究，计算了人体模型中的电磁场分布和所吸收的电磁能量。     

Simulation of Electromagnetic Wave Propagation in Plasma Using Matrix Exponential FDTD Method

The electromagnetic propagation in plasma media can be conveniently modeled using finite difference time domain method based on the matrix exponential (ME-FDTD) method. The Maxwell’s curl equations and the constitutive relations between the flux density and the electric field can be looked as a first order differential matrix system. The fundamental solution to such a system is derived in terms of matrix exponential and the update equations can be extracted conveniently from the solution. This has the advantages of presenting a more concise formulation. The ME-FDTD algorithm is validated by comparing the simulation results with the analytical values. Numerical results show that the ME-FDTD can acquire high efficiency with less computer consumption and has a good performance of flexibility and simplicity.     

有损耗左手材料电波传播特性的FDTD分析

为研究电磁波在有损耗左手材料中的传播特性,采用时域有限差分（FDTD）法和色散媒质的Drude模型,推导出基于Drude模型的左手材料二维FDTD迭代方程。一维数值仿真结果验证了平面电磁波在穿过有耗左手材料时,其相速度大小与光速相同,方向与传播方向相反,且随着损耗因子的增大,左手材料内的电场强度幅值亦相应减小。此外,还利用多循环m-n-m脉冲作为激励源,对左手材料平板具有的完美透镜现象进行了二维数值仿真验证。结果表明,有耗平板左手材料具有明显的聚焦效果,在特定条件下能实现完美成像。     

Analysis on the Calculation of Plasma Medium with Parallel SO‐FDTD Method

This paper introduces a novel parallel shift operator finite‐difference time‐domain (SO‐FDTD) method for plasma in the dispersive media. We calculate the interaction between the electromagnetic wave of various frequencies and non‐magnetized plasma by using the parallel SO‐FDTD method. Then, we compare the results, which are calculated with serial and parallel SO‐FDTD executions to obtain the speedup ratio and validate the parallel execution. We conclude that the parallel SO method has almost the same precision as the serial SO method, while the parallel approach expands the scope of memory and reduces the CPU time.     

等离子体中电磁波色散关系的PIC粒子模拟

等离子体参数的变化对在其中传播的电磁波有重要影响,文章采用周期性边界条件的二维PIC粒子模拟程序对电磁波在等离子中的传播过程进行了数值模拟,给出了电磁波在不同密度等离子体中传播的色散关系,得到了电磁波在等离子体中的传播特性。其结果,将作为进一步实现电磁波与等离子体中空间电荷波产生波-波相互作用过程模拟的基础。     

表面波放电狭缝天线辐射电磁场的三维数值分析

针对平板型表面波放电等离子体源,建立了表面波放电狭缝天线辐射电磁波模型,对狭缝天线辐射电磁场分布进行了三维数值计算,并与表面波电磁场进行对比分析,讨论了平板型表面波放电机理。结果表明:整个狭缝天线阵激发的电磁场是每个狭缝天线激发电磁场的线性叠加;狭缝天线阵直接激发的电磁场强度在临近波导壁面处很大,并且随着空间距离的增大迅速衰减;狭缝天线阵直接激发和表面波的电场均远大于各自的磁场,分析电、磁场对带电粒子的力作用时可以忽略磁场力的作用;表面波电磁场远大于狭缝天线阵直接辐射的电磁场,强电磁场范围也远大于狭缝天线阵直接激发的强电磁场范围,等离子体有增强电磁场强度、扩大强电磁场范围的作用。     

电磁波极化的研究与仿真

为更好地理解电磁波的传播规律和极化形态,在软件中对不同极化类型的波进行建模与仿真,得到了不同极化波随时间变化的动画效果,使得抽象的概念变得直观,进而深层次地挖掘电磁波极化理论的应用价值。     

电磁脉冲对埋地电缆耦合的FDTD仿真分析

以有限埋地电缆为研究对象,依据电磁场理论和时域有限差分法建立了物理分析模型.采用多区域FDTD方法对埋地电缆进行分析,通过编程计算出仿真结果,该结果与实测数据比较一致,验证了该方法的正确性.     

电磁脉冲与微带线耦合效应的数值模拟

为了提高电子系统抗强电磁脉冲毁伤能力,采用时域有限差分法与SPICE相结合的混合场路方法,研究了电磁脉冲和微带线的耦合机理.研究表明:由于场结构的复杂性,微带线与电磁脉冲耦合随频率不同表现出不同的耦合方式,一是微带线导体带表面波耦合,极化方向为导体带长边方向;二是微带线导体带与接地板间所形成的缝隙耦合,极化方向为垂直微带线的长边方向.两种耦合方式下传递函数的影响因素截然不同.所得结论对提高电子系统抗强电磁脉冲打击能力具有重要意义.     

ELF/SLF电磁波传播的FDTD和GIS结合建模与分析

首次采用三维时域有限差分(3D-FDTD)经纬度模型和地理学信息系统技术(Geographic Information System,GIS)对地球-电离层波导系统进行几何建模,并对闪电、舒曼谐振中的极低频/超低频(ELF/SLF)的电磁辐射进行仿真实验.计算结果表明,当激励源放置在高空模拟闪电发生时,电磁波通过波导系统传播到观测点,并继续绕地球多次经过同一位置,直到完全衰减,其谐振频点与舒曼谐振点基本一致.发现地形地貌对于地表电磁波的电场分布有较大影响,而对地表电磁波的磁场分布几乎没有影响.     

FDTD Simulation of Electromagnetic Wave Transformation in a Dynamic Magnetized Plasma

Finite-Difference Time-Domain (FDTD) algorithms are applied to study the transformation of a pre-existing electromagnetic plane wave by prescribed time variation of a cold magnetoplasma with a magnetic field along the propagation direction. A one-dimensional FDTD code is used to verify the results obtained earlier using analytical approximations based on (a) WKB method for slow switching of the plasma medium and (b) Green's function technique for rapid switching of the plasma medium. A novel successive reduction method has been developed and applied to obtain the amplitudes and the frequencies of the new modes generated by the switching of the medium.