基于FDTD法的开孔腔体电磁耦合效应研究

基于FDTD(时域有限差分法)对任意入射电磁波对电子设备带孔缝腔体的耦合效应进行了研究。对典型电子设备的开孔腔体进行仿真,计算不同情形下腔体内场强分布,根据仿真数据进行分析,得出一定的耦合规律,从而进行更好的屏蔽设计。研究结果表明:入射波正对孔缝照射时耦合效应最强,背面照射次之,腔体侧面照射时耦合效应最弱;入射波极化方向与孔缝长边垂直时耦合效应最强,两者角度越小耦合效应越弱;孔缝在腔体壁正中心时耦合效应最强,越靠近边缘耦合效应越弱;孔缝形状和入射波极化角度的规律一致,即孔缝与入射场强垂直的边越长,则入射波对腔体的耦合效应越强。     

频率选择表面电磁特性计算的时域有限差分和外推混合法

目前,频率选择表面（Frequency Selection Surface,FSS）作为一种空间滤波器,在军事领域得到广泛应用,因此对其电磁特性的研究具有重要意义。结合时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）法和外推法各自的优点,采用FDTD法和外推法相结合的混合算法来计算周期性结构FSS的反射系数。通过引入Floquet定理且综合考虑FSS的周期边界、吸收边界等条件,建立三维计算模型,并对其进行计算。结果表明,在相同精度条件下,该混合法相对仿真软件显著提高了计算速度且减少了占用计算机内存,可为后续FSS的电磁特性研究提供重要的参考依据。     

FDTD法对金属腔体孔缝耦合的数值计算

文章利用时域有限差分方法给出了电磁脉冲耦合进入金属腔体的仿真,分别对微波脉冲与单层屏蔽腔和双层屏蔽腔的耦合过程进行了数值计算;结果表明距离孔缝越远,场强衰减越厉害,对电子系统的干扰越小;且双层屏蔽腔的屏蔽效果明显优于单层屏蔽腔,通过前者耦合进入的场峰值要比后者小12 dB。以上结论对电子系统的电磁兼容、干扰以及防护都有实际的指导意义。     

双负介质的电磁特性分析

由双负介质的本构关系出发,利用时频转换关系,推导出了描述双负介质中场与流的微分方程组。讨论了双负介质和双正介质交接面处介质参数的处理方法。随后,用FDTD方法模拟了“完美”棱镜实验,与文献结果对比验证了该算法和程序的正确性。     

一种FV-FD混合算法仿真电磁散射问题

提出了一种连接在时间方向采用不同迭代格式的两种算法（FVTD和FDTD）的边界条件,从而实现了一种FV-FD混合算法。用算例仿真了TE波入射下无限长圆柱的雷达散射截面,表明了该方法可以提高计算精度,并大大减少仿真时间和内存。     

计算埋地目标瞬态散射场的FDTD方法──TM情况

地下目标的瞬态电磁散射特性模拟对于探测,检验及识别埋地浅层目标的工程应用,特别是冲击探地雷达的研究具有重要的理论及应用价值。为此,本文对计算电磁学的时域有限差分（ＦＤＴＤ）法进行了研究,我们模拟了在高斯脉冲激励下地下多种无限长柱目标的散射场,结果表明ＦＤＴＤ方法可以精确,高效地模拟地下目标的瞬态电磁散射。     

一种可穿越介质的二维时域有限差分亚网格技术

介绍了一种二维时域有限差分方法的亚网格技术,其中粗细网格的划分比为２。由于粗细网格的特殊排布,该方法可以应用于亚网格边界穿越介质的情形。通过计算测试,精细网络边界的反射系数小于－４５ｄＢ,所编程序具有很好的稳定性。     

运动导体平面电磁散射的FDTD仿真

提出了一种用于运动导体平面目标电磁散射问题的新方法。该方法基于时域有限差分方法,在分界面处利用相对边界条件进行处理。和其他方法相比,该方法不需要进行坐标系的变换,也不需要在分界面处对入射场进行插值和确定总场的存放位置,因此更节省计算量和计算时间。用该方法对高速运动的无限大金属导体表面的电磁散射进行了仿真,数值计算结果表明了该方法的精确性与高效性。     

声电耦合场的时域有限差分方法

将时域有限差分(FDTD)方法拓展到声电耦合场的仿真领域。在电磁场、声场FDTD方法的基础上，采用一种新的适合分析声电耦合场的差分离散方式，从而使FDTD方法完全适用于声电耦合场。这是FDTD方法用于声电耦合场模拟的初步尝试，仅通过一维压电媒质的例子来说明方法的可行性，仿真了正弦声源激励下，声场、电磁场的传播和耦合，二维和三维的对应仿真将陆续报道。     

一种电磁耦合馈电双极化毫米波微带天线设计

为拓展双极化毫米波天线的带宽,提出一种基于电磁耦合馈电的微带贴片实现方案.采用共面寄生贴片和空间平行寄生贴片将天线单元的阻抗带宽展宽,采用成对反相馈电技术设计2×2的子阵天线,在中心频点37.5 GHz,驻波2的标准下,天线阵列的相对带宽为6.13%,隔离度30 d B,交叉极化达到-23.6 d B,增益为11.5 d Bi.提出的双极化微带天线,具有频带宽、端口隔离度大、交叉极化低、增益高的特点,天线性能符合毫米波双极化天线的一般工程要求.     

路面雷达电磁波的时域有限差分法模拟

介绍了路面雷达电磁波在路面结构中传播的基本原理,结合时域有限差分法算法,分别分析一维FDTD方程、软激励源、分层介面的有效参数、吸收边界条件在应用实现模拟过程中的重要影响,并建立了空气耦合式路面雷达的正演模型.理论模拟和实际工程数值算例表明:该模型对路面雷达正演模拟是可行的,误差不超过2%.     

FDTD中色散介电常数的时域离散表达方法

针对递归卷积方法只适合于随频率变化比较平滑的色散介电常数情况,提出一种可以把色散(频变)介电常数直接嵌入时域有限差分的算法(FDTD).将随频率变化的色散介电常数用Debye有理函数近似,修正后的离散冲激响应用非等步长的离散时域表达直接和FDTD算法进行卷积.结果表明:用此方法的仿真结果和用递归卷积方法仿真的结果进行比较后发现2种仿真结果吻合很好.表明该方法准确、稳定,适用于色散介电常数随着频率变化非常复杂的情况.     

STF-FDTD方法计算核电磁脉冲在电离层传播

电离层是一种色散介质，在处理色散介质中电磁波的散射和传播问题时，用移位算子处理有理分式法获得FDTD计算中电位移矢量D和电场强度E的时域递推关系。此外，核电磁脉冲可以用双指数脉冲表示，具有长的拖尾，与散射体的作用时间很长。采用散射传递函数(STF)法可以减少计算时间。最后，应用移位算子法结合STF—FDTD方法给出核电磁脉冲在电离层中传播的算例。     

用FDTD方法计算电磁波在各向异性介质中的散射

由于各向异性等离子体介质中的介质参数是张量形式,而在各向同性介质中为标量形式,故在研究各向异性等离子体与电磁波的相互作用与分析各向同性媒质的方法就不同.采用线性插值的方法给出各向异性等离子体介质中的FDTD离散式,编写了程序并进行了数值计算,给出与解析方法比较结果,两者符合的很好,并给出等离子体球的电磁散射的若干算例.结果可应用于等离子体的电波传播、天线等领域.     

共形FDTD分析圆形光子带隙微带结构

为了研究含弯曲边界结构的微波光子晶体微带结构的电磁特性,应用了一种局部共形网格有限时域差分方法,通过修改磁场迭代方程,可有效提高计算精度．在此基础上计算了不同圆孔周期、圆孔半径的微带光子晶体结构的S参数．分析结果表明,圆孔周期决定禁带中心频率,而圆孔半径影响着禁带的宽度和深度．     

Analysis and control of the thermal runaway of ceramic slab under microwave heating

Thermal runaway is a special macroscopic phenomenon of the dielectrics during microwave heating, in which there is a big jump of the steady state temperature while the applied microwave power varies slightly. It hinders the applications of microwave heating technique in industry. A simulation based on the finite difference time domain (FDTD) method to solve Maxwell’s equations coupled with the finite difference (FD) method to solve a heat transfer equation (HTE) is presented, and the temperature variation in a ceramic slab during microwave heating is obtained. The temperature variation in the ceramic slab during microwave heating is simulated with various ceramic parameters and applied microwave powers so as to analyze the condition under which thermal runaway is introduced. Moreover, a microwave power control method, based on a single temperature threshold and dual applied microwave powers, is presented, which improves microwave heating efficiency and controls thermal runaway. The relation between the final applied microwave power and the monitored temperature threshold is presented as well. This method can be applied in many fields related with microwave heating techniques. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60301004 and 60411140521), Korea Science and Engineering Foundation (Grant Nos. F01-2004-000-10263-0, R14-2003-019-01000-0 and KRF-2006-070-C00014)     

MoM-PO混合方法在电磁散射问题中的应用

在分析电大尺寸物体的电磁散射特性过程中,高频近似方法和数值方法各有其优势和局限性,因此结合两者的优点来解决电大尺寸物体的电磁散射特性将是一条切实可行的途径。文章结合矩量法(MoM)和物理光学法(PO),提出了MoM-PO混合方法来求解电大尺寸物体的电磁散射问题,极大地提高了计算精度,改善了计算速度,为快速有效地解决电大尺寸物体的电磁散射问题提供了良好的途径。MoM-PO混合方法的数值计算结果与传统的MoM计算结果相一致。     

一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法

气体绝缘开关设备(GIS)的传输结构主要由均匀传输线结构和三维非传输线结构组成,为了准确高效地计算GIS设备中开关操作产生的快速瞬态过电压(VFTO),提出了一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法 (3D-1D FDTD),即分别采用三维电磁场时域有限差分方法和均匀传输线时域有限差分方法对GIS设备的三维非传输线结构和均匀传输线结构进行建模和时域计算。讨论了衔接电磁场与传输线的耦合边界条件和计算迭代格式的稳定条件,并以一段GIS设备长直管母线为例,计算了不同位置的瞬态电压和瞬态电流,将计算结果与纯一维传输线等效电路模型的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性。     

Main Factors for Affecting Photonic Bandgap of Photonic Crystals

The factors affecting one dimensional （1D） and two dimensional （2D） photonic crystals （PhCs） are systemically analyzed in this paper by numerical simulation. Transfer matrix method （TMM） is employed for 1D PCs, both finite difference time domain method （FDTD） and plane wave expansion method （PWE） are employed for 2D PCs. The result shows that the photonic bandgaps （PBG） are directly affected by crystal type, crystal lattice constant, modulation of refractive index and periodicity, and it is should be useful for design of different type photonic crystals with the required PBG and functional devices. Finally, as an example, a near-IR 1D PCs narrow filter was designed.     

时域有限差分法在汽车EMC分析中的应用

结合时域有限差分法(FDTD)直接用有限差分式代替Maxwell时域场旋度方程中的微分式,分析了空间和时间离散间隔对数值色散及数值稳定性的要求,提出一种简化计算机编程的完全匹配层(PML)参数设置方法,利用时谐场函数加窗构建车内激励源。在此激励源激励下,描绘了电磁波的传播和与目标的相互作用过程,得到复杂物理过程的清晰仿真图像。