TE模式下子域二阶精度FDTD算法

提出了一种子域时域有限差分法(FDTD)的改进算法,针对研究区域介质填充不均匀的情况,在不同介质区域粗细网格合理划分的同时,应用介质交界面处二阶精度FDTD算法,计算交界面上切向电场．从积分形式麦克斯韦方程出发,通过非均匀网格的建立和辅助磁场的引入,实现介质交界面上切向电场的二阶精度．与传统的子域算法相比,改进算法在不增加计算量、计算时间和编程复杂度的前提下有效地提高了计算精度．最后对几种波导结构进行了模拟,结果表明改进算法的计算精度明显高于传统的子域算法和常规的FDTD算法．     

双负介质覆盖导体球宽带散射特性分析

从双负介质的本构关系出发,给出了描述双负介质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的三维递推表达式。与文献[5]结果对比并验证了本文该算法和程序的正确性。最后,计算了导体球覆盖双负介质或等离子体时的电磁散射。计算表明:由于模拟的双负介质是匹配介质,其吸波性能要明显地优于等离子体的;适当选取双负介质参数,可以使双负介质包层有效地减小目标的雷达回波。     

用FDTD法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响

左手材料的研究是近年来的科研热点．电磁波在左手材料中的传播特性成为研究的主要方向之一．给出了柱坐标系下冷等离子体模型左手材料改进后的时域有限（FDTD）差分格式．利用得到的FDTD差分格式数值计算了不同厚度、不同折射率冷等离子体模型左手材料分别部分填充同轴线后TE模的归一化截止波数,并与正常材料部分填充进行比较．结果显示：左手材料部分填充同轴线后,其TE模截止波数随填充厚度和折射率绝对值的增大而增大,与正常材料填充的结果正好相反．展示了左手材料具有奇异的电磁特性。为左手材料的研究提供数据基础．     

混合并行技术在FDTD计算中的应用研究

为提高网络环境下细粒度并行FDTD计算的性能,引入局域网两层并行能力的概念,发展了一种高性能的混合并行FDTD算法。在该算法中,通过利用MPI与OpenMP多线程技术,在传统域分解FDTD算法基础上,实现了数据与任务的两层并行化。作为算法实现的应用,对一种常见的车载隐藏式印刷天线进行了模拟研究。计算在不同数量的PC机上执行,并与传统的网络并行FDTD算法进行了比较。数值结果表明,当域分解粒度较小时,该混合并行方法能够有效地提高局域网并行FDTD的算法性能。     

普适化坐标系下的FDTD算法及实现

时域有限差分(FDTD)算法在光子晶体理论研究中获得了较为广泛的应用,但它在处理一些非均匀、非正交问题时,计算耗时量大,计算效率低.研究了普适化坐标下的光子晶体理论研究方法,对常用的基于笛卡尔坐标系的FDTD算法作了扩展,并设计了一个可以计算一维到三维光子晶体的能带结构和态密度的软件.主要介绍了普适化坐标系下FDTD算法的程序实现,并简要描述了GCFE软件的设计思路.给出了利用该软件计算得到的立方和六角结构的光子晶体光纤的能带结构和光子态密度的结果,与其他研究者报道的结果相吻合.     

三角面元数据模型FDTD网格生成技术

提出了一种将描述目标表面形状的三角面元数据转换为时域有限差分(FDTD)目标几何模型的投影求交方法,根据目标的介质信息得到相应位置Yee元胞的电磁参数,得到目标的FDTD电磁模型．给出了典型目标金属球和圆柱的FDTD网格模型,计算得到的雷达散射截面(RCS)结果与其他方法符合很好．另外,还根据某导弹的三角面元数据给出了它的FDTD模型,并计算其后向RCS．结果表明,该方法可应用于复杂目标的FDTD计算建模．     

卫星模型散射FDTD计算的共形边界研究

根据卫星模型太阳能帆板平面相对卫星主体较大的特点,提出了共形边界的概念,即总场边界、外推边界和吸收边界的几何形状与目标外形轮廓相同．并把它应用在卫星模型时域有限差分(FDTD)计算中,以减少FDTD计算及存储量．首先讨论了FDTD方法中3种边界的共形处理方法,特别针对270°拐角处吸收边界的处理进行了详细分析．通过电偶极子辐射验证共形吸收边界具有良好的吸收外行波的性能．最后给出卫星模型远区后向散射时域波形,与常规长方体边界FDTD计算结果相符,验证了共形边界理论在FDTD计算应用中的正确性．卫星模型采用共形边界后节省内存约40. 7％,缩短了计算时间,改善了计算性能．     

一种改进的非磁化等离子体SO-FDTD算法

针对时域有限差分法解决复杂等离子体问题时效率低的问题,提出了一种改进的移位算子有限差分(SO-FDTD)算法.运用该算法计算了非磁化等离子体平板对电磁波的反射系数和透射系数,为等离子体中电磁波传播特性的分析提供了一定的理论指导.该算法采用内存优化算法减少了计算中的迭代变量,节约了系统内存,提高了计算速度.仿真实验表明,改进型算法的计算效率明显优于以往文献中提出的SOFDTD算法,并且计算结果与解析解吻合得很好.     

对集中匹配电路加载天线的扩展FDTD场路协同计算

扩展FDTD（Finite-Difference Time-Domain,时域有限差分）算法将流过集总元件的电流密度加入到麦克斯韦旋度方程中,以迭代计算方式实现对电磁场和电路混合系统的协同计算。本文介绍了扩展FDTD的原理和嵌入不同集总元件的迭代公式。以一款馈电端口加载有集中匹配电路的微带双偶极子天线为例,采用扩展FDTD算法仿真了该天线和匹配电路混合系统,仿真中通过将微带馈线直接插入CFS-PML（Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layer,复数频率偏移完全匹配层）,以两次FDTD运算提取了该混合系统的S11参数。加工制作了该加载天线并进行了实验测试,结果表明：基于扩展FDTD的协同计算和实验测试结果吻合良好,协同计算准确地获取了加载集中匹配电路后,微带偶极子天线的谐振频点偏移和S11曲线变化。     

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.     

二维磁等离子体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子(SO)方法把时域有限差分(FDTD)法推广应用于二维磁化等离子体中.证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),而且TM波的散射特性与外磁场无关,而TE波的散射特性与介质电磁参数密切相关,同时对其物理原因进行了分析.采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式.计算了轴向磁化等离子体涂敷Von Karm an型导体柱的TE波双站雷达散射截面(RCS),分析了涂层厚度以及等离子体参数对其双站RCS的影响.结果表明,恰当地选择等离子体参数能有效地减少目标在一定散射角范围内的RCS.     

在大问题空间中计算电磁耦合的一种混合法

应用时域有限差分（ＦＤＴＤ）法计算大问题空间的电磁耦合和传输，建立了一种ＦＤＴＤ和拓扑网络相结合的方法混合法给出了各网络节点端口处波矢关系的总方程每个节点特性可用ＦＤＴＤ法求出以波导中多膜片结构作为数值算例，验证了方法的正确性混合法与传统ＦＤＴＤ法相比有节省时间、节省计算机内存、建模灵活等优点     

瞬态电磁场三维时域有限差分模拟研究

该文使用三维时域有限差分方法对在不同环境中的0.1~0.1T Hz电磁波场进行数值模拟。以高斯脉冲作为源电流信号研究了导电全空间中电偶极子场,并对海底低阻地质模型的电磁响应做了模拟计算;对隧道含水裂缝异常的回线源瞬变电磁响应进行了分析;对超宽带穿墙探测模型做了模拟计算,进一步在超宽带电磁波与窄带电磁波对钢筋混凝土的探测模拟结果做了对比分析;用FDTD-PIC软件对94 GHz折变回旋振荡管TE6,2模产生过程做了模拟计算,指出模拟中存在的问题,最后对时域有限差分程序的并行做了分析,提出用时域有限差分方法研发回旋管瞬态场三维模拟软件的思路。     

PML吸收边界条件下的TE波FDTD算法的仿真与验证

FDTD方法已成为计算电磁学的一个重要发展方向。在时域有限差分法基本原理的基础上,通过建立二维TE波的FDTD表达式,实现了基于MATLAB的TE波传播仿真与吸收边界条件的验证。仿真结果表明:PML对TE波的传播具有良好的吸收效果。     

基于Drude模型双负媒质FDTD法分析

基于有耗Drude模型,采用差分法推导了DNG媒质的FDTD差分公式并模拟了正弦电磁波穿过一维二维DNG平板的传播特性。计算结果验证了DNG媒质具有的回波特性和负折射率特性。     

HPM效应研究中的FDTD PSPICE混合仿真方法

用FDTD-PSPICE混合仿真方法研究了高功率微波（HPM）对印制电路板（PCB）上电路信号的作用机理,通过开发FDTD-PSPICE仿真程序完成电磁波和电路信号的混合计算,以实现电磁波对电路作用的分析。在FDTD与SPICE之间的快速混合仿真中,文章采用进程间通信的方法使程序运行效率有很大的提高,进一步分析了HPM对一个简单放大器电路的影响。     

波在磁化周期等离子体中的传播特性

电磁波与等离子体之间存在极为丰富的相互作用现象,对电磁波的传播构成重大影响。该文研究了在磁场指导下,对电磁波在密度周期变化的磁化等离子体中的传播特性,进行了理论分析并导出色散方程,通过数值计算分析了等离子体密度变化分别对电磁波传播特性的影响。计算结果表明密度n1变化对左、右旋波的截止频率影响不大,而n0的变化对左旋波的截止频率影响大,对右旋波的通带宽度影响大。并发现密度周期变化磁化等离子体构成一周期慢波系统,在该系统中明显出现慢波,这可能对注波互作用产生重大影响。     

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%.