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。     

一种节省内存的降维时域有限差分法及其在散射计算中的应用

介绍一种节省内存的降维时域有限差分方法(R-FDTD)．该方法理论上可节省约33％的场分量存贮量。本文首次把R-FDTD用于散射计算，提出了一种更为简单直观的新的导体处理方法，并阐明R—FDTD中连接边界、吸收边界和近一远场变换的实现方法。以TE波入射时二维柱体散射为例的计算结果表明，R—FDTD在节省约33％内存的基础上，计算精度与标准FDTD相当。     

一种新型的FDTD吸收边界条件

根据无耗介质中电磁波电场与磁场值在任一时空点上的定值阻抗比,得出了一种新型FDTD吸收边界条件——定值阻抗吸收边界,并将其与二阶Mur吸收边界进行了比较,结果表明是一种简明而有效的边界吸收方法。     

一种改进的Mur吸收边界条件

吸收边界条件是时域有限差分(FDTD)算法解决电磁问题的重要条件。提出一种改进的吸收边界条件。将惠更斯面推广到二维的时域有限差分算法中,并利用惠更斯面来改进Mur吸收边界。惠更斯面具有理论基础成熟、编程简单、占用的计算内存少等优点,可以方便地插入到FDTD计算域中。FDTD数值仿真证明,惠更斯面在增加少量计算量的同时大幅度提高了Mur边界的吸收性能。而在应用的截断边界元胞数目相同的情况下,改进的Mur吸收边界能达到比PML吸收边界更好的吸收效果。     

截断各向异性介质的修正NPML吸收边界条件

基于各向异性介质中的时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）方法及近似完全匹配层（Nearly Perfect Match Layer,NPML）原理,提出一种截断各向异性介质的修正的NPML吸收边界条件.通过对Maxwell旋度方程中的空间偏导数进行坐标拉伸并结合空间插值方法,推导出易于在FDTD方法中实现的吸收边界公式.计算了电偶极子辐射场的反射误差,验证了这种吸收边界截断二维各向异性介质的有效性.三维算例中数值模拟了时谐场的相位分布,以及不同网格NPML吸收层随时间变化的反射误差.数值结果表明NPML吸收边界能有效吸收各向异性介质中的电磁波.     

FDTD中的一种新截断边界-STWBC

提出了一种新的截断边界条件：驻波-行波边界条件（STWBC）。这种截断边界条件是基计算域外附加理想导电（磁）壁进行截断,运用反射原理,将边界处的驻波转化为行波,保持计算域内的行波状态,在有限空间内有效模拟出无限大的电磁散射空间。给出了该截断边界条件在FDTD中的差分迭代式,以及三维和三维数值实验结果,并与PML边界进行了比较。由于该截断边界比单向波边界所需计算空间小,数值稳定性好,同时不象PML边界,需要进行场量分离和附加额外的吸收层,因此计算效率较高。     

FDTD中的一种新截断边界-STWBC

本文提出了一种新的边界条件:驻波-行波边界条件(STWBC).这种边界条件是在计算域外附加理想导电(磁)壁进行截断,运用反射原理,将边界处的驻波转化为行波,保持计算域内的行波状态,在有限空间内有效模拟出无限大的电磁散射空间.文中给出了该边界条件在FDTD中的差分迭代式,以及二维数值实验结果,并与PML边界和单向波边界进行了比较.由于该边界比单向波边界所需计算空间小,数值稳定性好,同时不象PML边界,需要进行场量分离和附加额外的吸收层,因此计算效率较高.     

Z 变换法改进PML-FDTD 吸收边界条件

时域有限差分（FDTD）方法是计算时域电磁散射和辐射的一种简单有效的方法,被广泛应用于求解电磁场问题中,但由于计算机容量的限制,FDTD 计算只能在有限区域进行,为了能模拟开域电磁过程,在计算区域的截断边界处必须给出吸收边界条件,完全匹配层(PML)是一种行之有效的吸收边界条件。在PML 中应用Z 变换,和传统的引入PML 的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的FDTD 计算区域的虚拟物质属性,采用了特殊的处理方法;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。     

求解三维电磁问题的自适应区域分解FDTD方法

将三维电磁场问题的求解区域分解为若干独立的子区域,在各个子区域之间通过连接边界条件,进行自适应检测,当检测到波传播至检测边界上时,相应子区域被激活,并进行传统的FDTD迭代计算,否则该子区域置于休眠状态不参与场值迭代,从而减少计算时间.对三维微带互连结构的信号完整性仿真结果验证了这种采用边界检测的自适应区域分解时域有限差分(ADD-FDTD)方法在节省计算时间和解决复杂问题方面的有效性.     

在手机辐射作用下人体内外的场强分布

利用FDTD法在建立人体电磁模型的基础上，计算了在手机辐射作用下，人体内外的场强分布。在计算过程中，采用了硬吸收边界条件来解决FDTD算法中计算区域的截断误差问题，即把吸收性能良好的吸波材料加到计算空间的边界上以吸收边界上的入射波，消除反射波。计算结果表明，手机的辐射绝大部分被人体的皮肤所吸收，人体内部在手机辐射作用下的场很弱。因此，在非长期地、连续性地使用手机的情况下，手机的辐射应不会对人体的健康产生较大的影响。     

一种新的简化行波边界条件在FDTD算法中的实现

本文提出一种新的边界条件。这种边界条件在边界处强加理想导体对计算场区进行截断,而将由此产生的反射场分离去除,从而减小反射所产生的干扰。与PML边界条件相比,由于它不需要吸收层,不需要PML层中人为的场量分解,因此节约了内存,提高了计算速度。文中给出一维、二维空间的计算实例,计算结果表明原理是可行的。     

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.     

一种有效的吸收边界条件及其应用

从二维波动方程出发 ,经过相关理论分析 ,充分利用其内含的局域性特点 ,得出了局域边界条件 ;并把它和Mur二阶边界条件相比较 ,发现从理论到数值仿真 ,新边界条件都比Mur二阶边界更有效。而且 ,和Mur二阶边界条件相比 ,它只增加非常少的计算量和计算机内存。最后 ,应用新边界条件来模拟平面波在多层媒质中的传播 ,发现新吸收边界更适合解决此类问题     

基于特征基函数的柱面共形吸波超材料的优化设计

针对吸波超材料与柱面载体共形时其吸波性能变差的问题,提出了一种非均匀单元方案及其优化设计方法.在柱面共形设计中,根据吸波超材料在无曲率变化方向上的周期性建立周期边界条件.基于特征基函数法的子块划分个数通过周期边界条件进行压缩,降低了矩阵方程求解维度,提高了优化设计速度.通过遗传算法优化,得到一组非均匀单元设计参数,并进行加工和实测.仿真和实测结果表明,所设计的非均匀单元方案改善了柱面共形对吸波超材吸波性能的影响,在2.8~8.0GHz频段内实现了良好的雷达散射截面积减缩特性.     

完全匹配层（PML）吸收边界条件的理论分析

本文以屏蔽微带线为例,应用谱域方法推导了时域差分(FDTD)法中所用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的公式,并且严格证明了有关参数的选择原则.计算表明,在屏蔽微带线中,这种吸收边界条件的反射系数可以小于-80dB.本文所给出的推导方法对于平面分层介质结构是普遍适用的,因为谱域中的每一个波谱实际上都代表一个平面波.文中所给出的推导揭示了这种吸收边界条件的机理,它对于正确使用以及进一步改进这种吸收边界条件都是有意义的.     

波导中入射脉冲的重建

本文用时域有限差分算法给出了波导中入射场的重建方法，研究了波导中脉冲传播的吸收边界条件。用本文的方法，只要测量出波导出口面上任一位置的场随时间的变化曲线，即可实现入射场的精确重建。     

理想匹配层及模式匹配法分析多段平面光波导结构

将理想匹配层（PML）吸收边界条件和模式匹配法用于多段平面光波导结构分析，给出了一种改进的平面光波导结构的PML吸收边界条件，并对光波导的光场分布进行数值模拟，所得结果表明了PML吸收边界条件应用于多段平面光波导结构分析的有效性。该方法也可用于分析复杂结构的平面光波导。