基于时域有限差分法的TiO_(2)纳米纤维膜光学数值模拟及优化设计

针对高太阳光反射率和低成本的材料开发需求,基于时域有限差分法模拟TiO_(2)纳米纤维膜中结构参数对膜材料反射性能的影响规律,结果表明:当TiO_(2)纳米纤维直径为300nm时,材料具有最优的宽带散射性能,其太阳光波段内的积分散射率为2.462;太阳光反射率与纤维膜厚度呈正相关,当纤维膜厚度增至150μm时,膜材料具有优异的太阳光反射性能。通过调控静电纺丝工艺参数和纺丝时间,制备出不同纤维直径和不同厚度的TiO_(2)纳米纤维膜材料。膜材料的太阳光反射率测试结果表明:当所制备的TiO_(2)纳米纤维平均直径为293.2nm、膜厚度为155μm时,膜材料具有高太阳光反射率(94.50%)。

基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法

由于飞机用电设备电磁兼容整改过程中缺乏针对性整改措施,导致波形失真程度大。因此,文章提出基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法。引入时域有限差分法,计算电磁场干扰分量和电磁干扰隔离度,根据电磁干扰隔离度、电磁场干扰分量,选择合适材料,评估电磁兼容屏蔽场设计材料的综合性能,生成电磁兼容屏蔽场,滤波处理飞机用电设备电磁,优化线路布局和设计,实现基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改。实验结果证明,该方法有效控制波形失真程度在2mm内,可提高飞机用电设备的电磁兼容性能。

减缩旋转体时域有限差分法

减缩时域有限差分法(R-FDTD)和旋转体时域有限差分法(BOR-FDTD)是两种高效节约存储量的算法。本文提出了减缩旋转体时域有限差分法(R-BOR-FDTD)的基本原理,实现了两种算法的结合,进一步大幅度地节约了存储空间。数值实验证实了该方法的有效性。

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合(英文)

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学耦合效率.本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应.模拟计算的结果表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段.可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的耦合效率,以及优化QWIP结构设计.

基于时域有限差分法的非均匀多导体传输线瞬态分析

基于传统的阶梯式均匀传输线逼近模型,对非均匀传输线进行分段指数逼近。同时,对于每一离散段,采用驻波变换,将相应的变系数偏微分方程变换为常系数偏微分方程,进而利用中心差分公式,得到可用于非均匀多导体传输线瞬态分析的改进时域有限差分算法。通过与传统处理方法的比较,验证了所提算法的有效性,并将其应用于外均匀传输线的研究。

旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析

采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析 推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式 ;给出了入射波的设置方法 ;采用了完全匹配层吸收边界条件 ;改进了平面波谱传播算法 ,大大简化了计算过程并提高了计算速度 对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布 数值计算结果表明 。

二维微纳米结构表面反射特性的时域有限差分法模拟研究

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性,本文以硅基太阳能电池响应光谱的300～1 200nm为应用基础,利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响,并结合等效介质理论进行了进一步理论分析,结果表明:等截面光栅结构的反射率较大,结构参量影响也较小;锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好,且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降;同时,光波在光栅法线的±40°范围内入射时,反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析,为抗反射表面的设计和制作提供了基础.

二维声表面波压电声子晶体在射频段的时域有限差分法

对二维声表面波压电声子晶体在射频段的带隙特性,进行了时域有限差分法（FDTD）理论推导和计算,并提出实验方法对比验证。FDTD计算模型考虑了压电效应,引入周期边界条件以节省计算空间和时间,采用完全匹配层以解决声表面波在截断边界处的虚拟反射问题。实验上分别设计有/无二维压电声子晶体的两种宽频带延迟线结构,测量两种延迟线的传输系数取差值,得到了二维压电声子晶体的带隙;其中通过时域加窗函数保留一次传输信号,进行干扰信号的去除。以铝/128°YX-LiNbO3二维压电声子晶体为例,该FDTD方法、商业有限元软件COMSOL、实验方法均得到了100~500 MHz射频段内的多个带隙,三种带隙对比证明了FDTD计算带隙与实验测量带隙一致,比COMSOL计算的计算带隙精度更高。

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 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 。

二维介质PBG结构色散特性的时域有限差分法分析

采用时域有限差分法分析二维介质柱PBG结构的色散特性.计算表明,在介质填充比相同的条件下含单介质柱周期的PBG结构,其介质柱形状对色散特性的影响很小;而含多介质柱周期的PBG结构,TM波的阻带中心频率随介质柱个数的增多而提高,阻带绝对宽度增大,相对宽度相当.

时域有限差分法在地质雷达二维正演模拟中的应用

本文从地质雷达正演原理着手，分析了差分格式中半空间步长与半时间步长的实现方法，同时通过分析数值频散的产生，进而推导出了理想频散关系和超吸收边界条件．最后文中还对比了有无边界条件的雷达正演模拟效果和精度．

时域有限差分法分析蚀刻衍射光栅的后向衍射效率(英文)

采用时域有限差分法 (FDTD)结合理想匹配层 (PML)边界条件及周期性边界条件对两种结构槽面的后向衍射效率进行了分析 ,在P偏振和S偏振两种情况下 ,均得到了比传统差分方法和射线近似方法更精确的解 数值计算结果表明 :全内反射 (TIR)结构在高折射率材料 (如InP)的蚀刻衍射光栅 (EDG)中很有效 ,而在低折射率材料 (如SiO2 )

时域有限差分法中金属薄板边缘场差分方程的修正

本文提出了一种时域有限差分法中金属薄板边缘场修正的差分方程 .以带状线和V形天线为例检验了修正的差分方程的有效性 ,数值结果表明 ,和金属板边缘阶梯近似相比 ,计算精度大大提高 .

地下目标瞬时散射的时域有限差分法数值模拟

采用时域有限差分（ＦＤＴＤ）法数值模拟电磁脉冲波的入地传输，以及地下二维目标的瞬时散射，详细讨论了ＦＤＴＤ法中主要参数的取值原则．在稳定条件下所取时间间隔随波进入不同煤质而不同，以满足因果律．通过数值计算证明，在无耗空间得到的吸收边界条件也适用于有耗媒质．数值模拟在地面接收到的地下目标的回波响应与有关文献的结果一致．

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%.

时域有限差分法中电磁场的吸收边界条件

吸收边界条件在时域有限差分法计算电磁场中有着广泛的应用,从吸收边界所要满足的条件出发,将Lindman吸收边界条件推广,得到了便于计算的简化形式.两维数值模拟结果表明:以各种角度向左或右传播的p极化和s极化电磁波在边界面上的反射率均低于0 5%.

时域有限差分法中的吸收边界条件与角点处理

吸收边界条件是时域有限差分法 (FDTD)中的一个重要部分 ,而吸收边界条件中角点的处理又对吸收边界条件本身影响甚大 ,角点处理的不恰当 ,可能导致完全不合逻辑的结果。传统二维二阶近似吸收边界条件中对角点的处理则比较复杂 ,且不易向三维情况推广。针对这种情况 ,文中基于单向行波吸收理论 ,讨论了一种简单易处理的角点处理方法 ,并设计了一数值试验方法进行了验证 ,计算结果表明这种方法满足对吸收边界条件所提出的各项要求并具有较高的计算精度。同时 ,这种角点处理法也极易向三维情况推广。

并行时域有限差分法网格自动剖分技术

为了构建适合于时域有限差分法求解的离散几何模型,摆脱大量繁杂的手工操作,提出了一种高效的大规模并行时域有限差分法网格自动剖分技术.该并行剖分方法将三角面元计算机辅助设计模型文件作为输入数据,能够自动建立包含多种介质的任意三维实体网格模型,且其并行执行过程中无需过多的数据交换,并行效率可达99%.基于该离散模型自动生成技术,采用时域有限差分方法,计算了含微带板的简易计算机机箱耦合效应,其计算结果与商用电磁仿真软件的计算结果相吻合,表明该剖分方法的准确性.最后,通过250个处理器核,并行剖分了网格规模约6亿的某真实计算机机箱模型,其并行剖分时间仅为0.2 s,验证了该并行剖分方法的高效性,表明该网格剖分技术能有效地解决大规模并行时域有限差分法的离散几何建模问题.

时域有限差分法(FDTD)模拟探地雷达极化测量

由于探地雷达偶极天线具有电磁极化特性,其发射天线主要发射沿着天线长轴方向的线性极化波,而接收天线对这种极化方向的电磁波也最灵敏。因此,在对混凝土中钢筋、电缆等目标体进行检测时,利用天线的极化特性可以了解目标体的延伸。时域有限差分法是麦克斯韦方程的直接时域法,其计算简单、直观、灵活性强、计算精度高、动态范围大。利用时域有限差分法(FDTD)对地质雷达极化测量进行了正演模拟,取得了很好的效果。

时域有限差分法在超声波声场特性分析中的应用

超声波无损检测结果与超声波换能器的声场特性密切相关,运用数值方法可以有效地进行超声波声场特性分析。介绍时域有限差分法(Finite difference time domain method,FDTD),分析二维流体运动方程并建立相关有限差分模型,使时域宽带超声波信号的分析更易于实现;应用完全匹配层(Perfect matched layer,PML)方法对FDTD计算的边界进行吸收处理,取得了理想的边界吸收效果;通过数值计算和仿真,研究超声波声场传播特性及圆盘声源声场分布特性,与相关文献的对比表明该算法有效可行;对脉冲波信号激励的聚焦超声波换能器分别进行有限差分法数值仿真和实际测量试验,声束轴向切面的声场分布试验结果表明两者的分布特性有很好的一致性。研究结果为超声波声场特性分析提供一种新方法。