用FDTD方法模拟稳态电磁散射时开关函数的应用

在用时域有限差分(FDTD)方法模拟稳态电磁散射时,为了减小稳态建立过程中的冲激效应,缩短建立稳态所需时间,本文引入了开关函数,并给出几种开关函数下FDTD的稳态建立过程。     

基于FDTD算法的天线设计

在无线通信中,天线是很重要的角色,它可以增强或者减弱系统性能。模拟工具可以准确模拟基本的天线系统拓扑结构。提出了时域有限差分算法(FDTD)。根据时域有限差分单元尺寸和外吸收之间的距离的影响对边界和天线的精度进行了探索。根据MATLAB代码,通过插槽和确定几何参数,形成了一个运作于双频带(800MHz~1800MHz)的单极子天线。     

FDTD方法及其在多注电子光学系统研究中的应用

采用时域有限差分(FDTD)方法对L波段100 kW多注速调管的单个电子枪进行三维模拟计算,通过设置最小网格尺寸和发射时间间隔,得出的电流和导流系数与采用EGUN等软件计算的结果相一致,通过从MAFIA中导入三维磁场数据,模拟了位于径向不同位置处电子注通道的电子轨迹,研究发现在磁场均匀性较好的情况下,位于径向不同位置处的电子轨迹相差很小,同时讨论了如何减少模拟时间的问题.本文最后计算了多个注的电子枪,求得了电流值和导流系数,从中导入数据可以分段模拟多注速调管高频互作用段的注波互作用,以及收集极区域的电子发散.     

基于Split-Field FDTD法的近埋地无限长散射体二维算法

提出了一种基于周期结构split-field FDTD法的近埋地无限长散射体二维算法.该方法根据散射体轴向均匀性将三维split-field FDTD法转化为二维算法,减少了内存和计算量,可分析斜入射脉冲波照射下近地、埋地无限长散射体散射问题.为了进一步减小计算量,连接边界上的入射波(地上为原始入射波和反射波的叠加,地下为透射波)采用一维FDTD法引入.吸收边界采用了UPML匹配层,导出了适用于split-field FDTD算法与有耗介质匹配的UPML方程.通过数值算例,验证了此二维算法应用于近埋地无限长散射体问题的有效性和实用性.     

基于FDTD的约瑟夫森结与超导传输线协同分析方法

为实现高性能处理器,超导RSFQ（快速单磁通量子）电路被提出.该电路主要由超导约瑟夫森结和超导无源传输线组成,对其建模分析是超导RSFQ电路设计的基础.本文提出了基于FDTD（时域有限差分）的约瑟夫森结与超导传输线的协同分析方法.该方法采用FDTD数值方法求解超导传输线的电报方程.在超导传输线与约瑟夫森结交界处的非线性边界条件上,采用了Newton-Raphson迭代算法.数值结果表明,本文提出的约瑟夫森结和超导传输线的协同分析方法与WRspice仿真软件相比具有相同精度,且运算效率显著提高.     

Coupling Effect Analysis of Multiwaveguides by FDTD Method

By use of finite-difference time-domain(FDTD)method,an eignmode analysis in a multiwaveguide structure is presented.Because of difference in propagation constants of different modes,coupling effect is discussed for three and five waveguide systems.The field distribution in multiwaveguides is given.     

基于自适应遗传算法的FDTD中完全匹配层的设置方法

针对时域有限差分算法进行电磁场数值求解时的PML吸收边界层的设置问题,给出了利用自适应遗传算法对吸收层的电导率进行优化确定吸收层电导率的方法,得到了相同激励源下吸收效果最佳的吸收层各层电导率值,该值只是经典边界电导率取值的边界反射场值的1/5不到,而且随着计算时间的增长,吸收稳定性增强,可以更加准确地进行电磁场数值模拟。     

基于OpenMP的色散介质FDTD并行程序设计

分析了色散介质时域有限差分的模型,并针对非磁化等离子体给出了的分层线性递归卷积算法。介绍了OpenMP并行设计的基本模型,并将其应用于非磁化等离子体的计算当中。最终通过验证非磁化等离子体的透射电磁波,验证了将OpenMP并行设计应用于色散介质中的准确性,同时依据计算区域大小不同的3个算例验证了该算法具有较高的并行性能。     

太赫兹波在介质中传播的FDTD分析

时域有限差分法是电磁场领域中应用最为频繁的数值方法之一,它可以有效地处理复杂媒质中颗粒对电磁脉冲信号的散射问题,以及超宽带电磁脉冲信号在色散媒质中的传播问题。几乎所有介质,无论其在太赫兹（THz）波段是否有吸收峰,对太赫兹波的传播都有影响。研究太赫兹波在介质中的传播情况,对优化太赫兹系统,分析与设计太赫兹应用技术有重要意义。本文模拟了太赫兹波在散射介质中的传播,说明了太赫兹波在内弹道干涉测速应用中的可能性;模拟了太赫兹脉冲在色散介质中的传播情况,为太赫兹时域光谱系统中晶体选择提供依据。     

基于Taylor级数展开定理的高阶FDTD的色散分析

时域有限差分法(FDTD)是计算电磁领域中的一类非常重要的研究工具.而Taylor级数展开定理是构造差分格式的一种重要方法,例如Yee格式采用二阶Taylor格式,Fang格式采用四阶Taylor格式.本文借助于采样定理,详细分析了不同阶Taylor中心差分格式的谱特性以及计算误差,并将任意阶Taylor中心差分格式用于数值求解麦克斯韦方程中,严格导出了稳定性条件和数值色散关系的表达式,引入了新的误差定义来衡量算法的好坏.详细地研究了Courant数、网格分辨率CPW和网格长度比率等因素对于数值色散误差的影响,为基于Taylor差分格式的FDTD算法的研究提供了有用的参考.     

遗传算法与FDTD优化设计智能天线阵

研究了遗传算法(GA)和时域有限差分法(FDTD)结合来优化智能天线阵列。采用FDTD精确分析考虑互耦影响的智能天线阵,然后结合遗传算法以信噪比为优化基准对加权向量和天线的结构进行了一体化的优化设计,使用Fortran和MATLAB混合编程,优化设计了均匀直线阵和圆形智能天线阵。最后,通过实验天线验证了其有效性。     

波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件的实现与验证

实现了波动方程FDTD算法的PML吸收边界条件(WE—PML)，并进行了数值验证．从结果可以看出，WE—PML的性能与Berenger-PML非常接近，优于Mur二阶近似吸收边界条件：同时，对PML媒质参数进行了优化，结果表明：WE-PML的性能主要是由PML的层数、垂直人射时的理论反射系数决定的，WE—PML参数的优化结果与Gedney的经验值基本一致。     

基于FDTD亚波长金属孔径滤波器仿真分析

通过建立三维金属孔径模型,采用三维时域有限差分法(FDTD),对300～900 nm波段内不同特征参数下的亚波长周期性金属孔径膜的透过率情况进行了仿真分析;运用FDTD solution软件得到了金属膜孔径、周期、厚度及孔径填充介质等参数影响下亚波长周期性金属孔径膜的波长与透过率对应曲线.结果表明,亚波长周期性金属孔径的透射系数随着孔径的增大而增大;随着孔径阵列周期的变大而减小;在金属前、后介质匹配时透射最强,这为制作光学滤波器奠定了基础.     

FDTD软件中S参数提取方法的讨论与分析

利用基于时域有限差分(FDTD)的电磁场数值仿真软件,如XFDTD等对传输线、天线等结构进行仿真计算时,只能提取激励点的S参数,而在实际应用中,需要提取传输线等结构任意截面的S参数。针对该问题,本文采用坡印亭矢量和驻波比两种方法,通过XFDTD软件输出的稳态场分布获得S参数,并与传输线理论计算所得S参数进行比较,验证了这两种方法的可行性。     

改进的FDTD法分析研究无限长导体柱上棱边TM散射之间的相互影响

本文用改进的ＦＤＴＤ法（时域有限差分法）分析研究了带有棱边的无限长导体柱ＴＭ散射问题，以长方形导体柱为例，对棱边附近ＴＭ散射电流之间的相互影响进行了计算，数值计算结果表明棱边散射电流之间的相互影响比较明显，在近场问题中应特别予以考虑。在导体桂边附近的网格点上将近似场解直接引入差分方程，对ＦＤＴＤ方法进行了改进。同时本文对棱边周围的近场进行了分析计算，得出了棱边用导电劈近似处理的一些相关条件。     

FDTD与DFT在分析开口式微波加热器中的应用

本文应用时域有限差分法（FDTD）和离散傅立叶变换（DFT）分析和计算了一种开口式同轴加热装置内部谐振场和外部辐射场，给出了使用两种不同激励源以及是否使用扼流槽后的场的结果。测量结果显示了这处方法的准确性。这种可移动的开口式加热器可以方便地提升对材料进行热处理的温度。     

一种平面超宽带天线的优化设计及其分析

用时域有限差分法与遗传算法相结合的方法优化出一种异形单极天线,根据优化结果制作了天线。并对该天线进行了软件仿真与实际测量。三种方法比较分析,其结果基本一致;这种天线驻波比小于2.5的相对带宽超过100%;最后从频域的角度对天线的辐射特性进行了分析,结果表明所设计的天线在所需的频带内的方向图变化不大。     

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。     

基于MPI实现粗糙地面电磁散射并行FDTD计算

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用信息传递的方式实现粗糙地面散射并行FDTD算法.综合考虑了区域分割和负载平衡因素,并详细分析了子区域在普通网格和吸收边界处与相邻子区域的场值的数据传递,提高了二维粗糙地面FDTD并行计算效率.解决了在计算电大尺寸粗糙地面散射时产生的内存不足和计算耗时长等瓶颈问题.理论分析和数值计算结果验证了该算法的正确性;当计算电大尺寸的粗糙地面散射时,并行效率提升明显,即当参与计算的处理器数量达到6个时,并行效率仍然可以保持在90%以上.