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撕裂对接法的高阶FETD在集成波导中的应用
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作者 史洪玮 李敏 陈林 《信息技术》 2013年第10期131-133,138,共4页
FETD方法在分析复杂电磁结构时具有较高的精确度及较低的色散误差,而基于高阶叠成基函数的FETD在分析复杂电磁结构时有更大的灵活性。但是会使矩阵性态恶化,为解决这一问题,引入撕裂对接法,它能够有效分析复杂多孔的基片集成波导结构。... FETD方法在分析复杂电磁结构时具有较高的精确度及较低的色散误差,而基于高阶叠成基函数的FETD在分析复杂电磁结构时有更大的灵活性。但是会使矩阵性态恶化,为解决这一问题,引入撕裂对接法,它能够有效分析复杂多孔的基片集成波导结构。数值结果表明该算法不仅能够有效地解决大型稀疏矩阵的问题,同时能够提高计算精度节省内存需求。 展开更多
关键词 时域有限元方法 多过孔基片集成波导 撕裂对接法
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无条件稳定FETD方法中亚网格技术的研究
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作者 王祎心 魏兵 +2 位作者 范凯航 李益文 魏小龙 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2799-2805,共7页
本文在时域有限元(Finite-Element Time-Domain,FETD)方法中实现了一种新型亚网格技术,并通过空间滤模(Spatial Modes Filtering,SMF)发展为无条件稳定亚网格FETD(Subgridding SMF-FETD,SSMF-FETD)方法.本文给出了FETD中亚网格技术的具... 本文在时域有限元(Finite-Element Time-Domain,FETD)方法中实现了一种新型亚网格技术,并通过空间滤模(Spatial Modes Filtering,SMF)发展为无条件稳定亚网格FETD(Subgridding SMF-FETD,SSMF-FETD)方法.本文给出了FETD中亚网格技术的具体实施方案,包括粗细网格交界处粗网格棱边的编号方案、系统矩阵的建立过程以及亚网格FETD(Subgridding FETD,S-FETD)方法的系统迭代方案.亚网格技术的引入在一定程度上会破坏系统矩阵的稀疏度,但基于有限元框架下建立的系统矩阵依然保持对称正定或半正定特性.因此,可以直接将SMF方法应用到S-FETD方法中.通过广义特征值分解获得S-FETD系统矩阵的不稳定模式,并修改其矩阵方程,进而得到SSMF-FETD方法.S-FETD方法能够有效减少未知量数目,在此基础上数值结果表明,SSMF-FETD可以有效扩大时间步长并保持结果准确,从而进一步提升计算效率.在面对含有复杂精细结构的问题时,所提方法具有较高的有效性和准确性. 展开更多
关键词 时域有限元(Finite-Element Time-Domain fetd) 无条件稳定 特征值 特征模式 亚网格技术 空间滤模
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电磁场时域数值技术新进展 被引量:6
3
作者 高本庆 刘波 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期401-406,共6页
近年来 ,电磁场时域数值技术成为研究热点 ,在理论研究上取得长足的进步 ,应用范围也迅速扩大 ,地位日益提升 .对近来国际上较有影响的 ,具有代表性的多种电磁场时域数值算法的原理、特点及应用的简要情况 ,尤其是最新进展加以总结和评... 近年来 ,电磁场时域数值技术成为研究热点 ,在理论研究上取得长足的进步 ,应用范围也迅速扩大 ,地位日益提升 .对近来国际上较有影响的 ,具有代表性的多种电磁场时域数值算法的原理、特点及应用的简要情况 ,尤其是最新进展加以总结和评述 。 展开更多
关键词 时域数值技术 时域有限差分法 传输线矩阵法 时域积分方程法 时域有限元法 多分辨率时域技术 时域伪谱算法
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基于PML边界条件的二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟 被引量:9
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作者 王洪华 吕玉增 +2 位作者 王敏玲 龚俊波 张智 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1929-1941,共13页
完全匹配层(PML)作为一种稳定高效的吸收边界条件,广泛应用于基于一阶电磁波动方程的探地雷达(GPR)数值模拟中.为解决基于二阶电磁波动方程的GPR数值模拟的吸收边界问题,本文借鉴二阶弹性波动方程的PML边界条件构建思想,提出了一种适合... 完全匹配层(PML)作为一种稳定高效的吸收边界条件,广泛应用于基于一阶电磁波动方程的探地雷达(GPR)数值模拟中.为解决基于二阶电磁波动方程的GPR数值模拟的吸收边界问题,本文借鉴二阶弹性波动方程的PML边界条件构建思想,提出了一种适合二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟的PML边界条件.从二阶电磁波动方程出发,基于复拉伸坐标变换,推导了PML算法的频域表达式;通过合理构造辅助微分方程,得到了PML算法的时域表达式,并以变分形式(弱形式)加载到GPR时域有限元方程中,实现了PML边界条件在二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟中的应用.在此基础上,对比了无边界条件、Sarma边界条件和PML边界条件下均匀模型的波场快照、单道波形、时域反射误差和能量衰减曲线,结果表明:PML边界条件的吸收效果要远优于Sarma边界条件,具有近似零反射系数.一个复杂介质模型的正演模拟验证了PML边界条件在非均匀地电结构中电磁波传播模拟的良好吸收效果. 展开更多
关键词 完全匹配层 二阶电磁波动方程 探地雷达 时域有限元
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基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演 被引量:8
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作者 王洪华 王敏玲 +1 位作者 张智 刘海 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期4136-4147,共12页
针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用... 针对Cole-Cole频散介质中的复介电常数是jω的分数次幂函数,传统的时域有限元法难以离散及计算时间域分数阶导数,本文采用Pade逼近算法将含有时间分数阶导数的Cole-Cole频散介质电磁波方程推导为一组整数阶辅助微分方程,提出了一种适用于Cole-Cole频散介质的GPR有限元正演模拟算法.在复数伸展坐标系下,通过在频率域Cole-Cole频散介质电磁波方程中引入2个中间变量,并将其变换到时间域,从而以变分形式将PML边界条件加载到Cole-Cole频散介质GPR有限元方程组中,并给出了详细的求解公式.在此基础上,编制了基于Pade逼近的Cole-Cole频散介质GPR有限元正演程序,利用该程序对均匀模型进行计算,并与解析解进行对比,验证了本文构建的GPR有限元正演算法的正确性和有效性.设计了一个复杂Cole-Cole频散介质GPR模型,利用本文构建的GPR有限元正演算法进行模拟并与非频散介质模型的模拟结果进行对比,分析了电磁波在Cole-Cole频散介质中传播衰减增强、子波延伸,分辨率降低等传播规律,有助于实测雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于Pade逼近的GPR有限元正演算法可用于复杂Cole-Cole频散介质结构模拟,且具有较高的计算精度. 展开更多
关键词 探地雷达 Cole-Cole频散介质 时域有限元法 PADE逼近
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时域非连续伽辽金法在谐振腔中的应用 被引量:2
6
作者 杨谦 魏兵 +2 位作者 李林茜 葛德彪 王飞 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期707-712,共6页
给出了时域非连续伽辽金(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)法的基本思想,从Maxwell方程出发得到弱解形式和矩阵方程,进一步给出了DGTD步进计算式.计算了空腔和填充谐振腔的谐振频率,并与解析结果相比较.算例表明在谐振腔计算中... 给出了时域非连续伽辽金(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)法的基本思想,从Maxwell方程出发得到弱解形式和矩阵方程,进一步给出了DGTD步进计算式.计算了空腔和填充谐振腔的谐振频率,并与解析结果相比较.算例表明在谐振腔计算中DGTD可以达到很高的精度. 展开更多
关键词 非连续伽辽金法 时域有限元 谐振腔
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时域有限元方法分析微波电路 被引量:3
7
作者 陈佳林 李尚生 +1 位作者 杜磊 于晶 《舰船电子工程》 2010年第3期188-190,共3页
时域有限元方法(Finite Element Time Domain Method—FETD)是近几年发展起来的一种可用于分析复杂电磁问题的数值方法。它可以对目标的复杂几何结构和介质组成特性进行精确模拟,其分析结果比频域分析方法更具有直观性。文章基于FETD,... 时域有限元方法(Finite Element Time Domain Method—FETD)是近几年发展起来的一种可用于分析复杂电磁问题的数值方法。它可以对目标的复杂几何结构和介质组成特性进行精确模拟,其分析结果比频域分析方法更具有直观性。文章基于FETD,分析了两种典型的微波电路—微带低通滤波器(Microstrip Lowpass Filter)和共面带状线(CPS)。 展开更多
关键词 时域有限元 微波电路 低通滤波器 共面带状线
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考虑导线弧垂的雷电感应电压计算与分析 被引量:3
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作者 刘欣 岳慧清 《华北电力大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第3期57-65,共9页
为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据,基于非均匀传输线理论和Agrawal场线耦合模型,实现了一种用于求解非均匀多导体传输线场线耦合模型改进电报方程的单变量时域有限元(FETD)法,通过与双变量FETD法对比... 为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据,基于非均匀传输线理论和Agrawal场线耦合模型,实现了一种用于求解非均匀多导体传输线场线耦合模型改进电报方程的单变量时域有限元(FETD)法,通过与双变量FETD法对比,验证该方法的正确性。针对典型35 k V架空配电线路,计算了不同大地电导率和雷击距离条件下考虑导线弧垂的雷电感应电压,并分析了弧垂对雷电感应电压的影响机理。结果表明实现线路雷电感应电压的准确计算需要计及弧垂的影响。此外,比较了考虑弧垂、电晕和架设地线对雷电感应电压的影响,进一步说明了考虑导线弧垂的必要性。 展开更多
关键词 配电线路 雷电感应电压 单变量时域有限元法 非均匀多导体传输线 弧垂
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DGTD中四面体公共面的快速判断
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作者 杨谦 魏兵 +1 位作者 李林茜 葛德彪 《微波学报》 CSCD 北大核心 2016年第S1期1-4,共4页
时域离散伽略金法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)是一种兼备时域有限元(FETD)网格剖分的灵活性和时域有限差分(FDTD)显式迭代特点的新兴算法。现有文献在非结构网格情形下相邻四面体公共面的判定方面缺乏简便的快速算法。... 时域离散伽略金法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)是一种兼备时域有限元(FETD)网格剖分的灵活性和时域有限差分(FDTD)显式迭代特点的新兴算法。现有文献在非结构网格情形下相邻四面体公共面的判定方面缺乏简便的快速算法。本文给出一种基于"空间投盒子"技术的四面体公共面快速判断方法。数值结果说明了本文算法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 时域离散伽略金方法 时域有限元 时域有限差分 公共面
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电磁场时域数值算法的新进展 被引量:3
10
作者 魏兵 陈娟 +3 位作者 何欣波 范凯航 杨谦 李林茜 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期55-68,共14页
电磁场时域计算方法由于一次计算可以获得目标的时域响应,结合傅里叶变换得到宽带信息等的优势越来越受到关注.本文介绍了近年来时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法和时域有限元(finite element time-domain,FETD)无... 电磁场时域计算方法由于一次计算可以获得目标的时域响应,结合傅里叶变换得到宽带信息等的优势越来越受到关注.本文介绍了近年来时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法和时域有限元(finite element time-domain,FETD)无条件稳定算法方面的研究进展以及FETD算法的更新方案--时域非连续伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)方法的新进展. 展开更多
关键词 时域非连续伽辽金(DGTD)法 时域有限元(fetd)算法 时域有限差分(FDTD)方法 无条件稳定 数值通量
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Non-Split PML Boundary Condition for Finite Element Time-Domain Modeling of Ground Penetrating Radar 被引量:1
11
作者 Zhi Zhang Honghua Wang +2 位作者 Minling Wang Xi Guo Guihong Guo 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2019年第5期1077-1096,共20页
As a highly efficient absorbing boundary condition, Perfectly Matched Layer (PML) has been widely used in Finite Difference Time Domain (FDTD) simulation of Ground Penetrating Radar (GPR) based on the first order elec... As a highly efficient absorbing boundary condition, Perfectly Matched Layer (PML) has been widely used in Finite Difference Time Domain (FDTD) simulation of Ground Penetrating Radar (GPR) based on the first order electromagnetic wave equation. However, the PML boundary condition is difficult to apply in GPR Finite Element Time Domain (FETD) simulation based on the second order electromagnetic wave equation. This paper developed a non-split perfectly matched layer (NPML) boundary condition for GPR FETD simulation based on the second order electromagnetic wave equation. Taking two-dimensional TM wave equation as an example, the second order frequency domain equation of GPR was derived according to the definition of complex extending coordinate transformation. Then it transformed into time domain by means of auxiliary differential equation method, and its FETD equation is derived based on Galerkin method. On this basis, a GPR FETD forward program based on NPML boundary condition is developed. The merits of NPML boundary condition are certified by compared with wave field snapshots, signal and reflection errors of homogeneous medium model with split and non-split PML boundary conditions. The comparison demonstrated that the NPML algorithm can reduce memory occupation and improve calculation efficiency. Furthermore, numerical simulation of a complex model verifies the good absorption effects of the NPML boundary condition in complex structures. 展开更多
关键词 Non-Split Perfectly Matched Layer (NPML) Ground PENETRATING Radar (GPR) Second Order Wave Equation Finite Element Time Domain (fetd)
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导线弧垂对雷电感应过电压影响的研究 被引量:1
12
作者 岳慧清 卢兵 《黑龙江电力》 CAS 2018年第5期448-452,470,共6页
在雷电感应过电压研究中,通常把架空线看作直线,然而实际中由于自重、风压、覆冰、高温等因素导致架空线产生弧垂,不再平行于水平地面。为了更加精确地计算雷电感应过电压,首先基于非均匀传输线理论,建立了非均匀多导体传输线Agrawal场... 在雷电感应过电压研究中,通常把架空线看作直线,然而实际中由于自重、风压、覆冰、高温等因素导致架空线产生弧垂,不再平行于水平地面。为了更加精确地计算雷电感应过电压,首先基于非均匀传输线理论,建立了非均匀多导体传输线Agrawal场线耦合模型,其次应用单变量时域有限元法(FETD)对其进行求解,最后对不同水平应力下的雷电感应过电压和感应过电压闪络率进行了计算。结果表明,考虑弧垂可以降低雷电感应过电压的峰值和感应过电压闪络率,并且随着水平应力的减小雷电感应过电压的峰值呈现下降趋势。 展开更多
关键词 雷电感应过电压 弧垂 单变量时域有限元法 非均匀多导体传输线 闪络率
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FETD Study of theWave Propagation in Chiral Metamaterials
13
作者 Lei Yang Fuhao Liu Wei Yang 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2021年第1期191-202,共12页
In this paper,we propose a finite element time-domain(FETD)method for the Maxwell’s equations in chiral metamaterials(CMMs).The time-domain model equations are constructed by the auxiliary differential equations(ADEs... In this paper,we propose a finite element time-domain(FETD)method for the Maxwell’s equations in chiral metamaterials(CMMs).The time-domain model equations are constructed by the auxiliary differential equations(ADEs)method.The source excitation method entitled total-field and scattered-field(TF/SF)decomposition technique is applied to FETD method for the first time in simulating the propagation of electromagnetic wave in CMMs,based on which a unified ADE-FETD-UPMLTF/SF scheme is proposed to simulate the wave in CMMs.The following properties of CMMs can be observed successfully from the numerical experiments based on our method,i.e.,the ability of the polarization rotation,and the negative phase velocity.The amplitude of reflected wave can effectively be controlled by the physical parameters of CMMs. 展开更多
关键词 Maxwell’s equations finite element time-domain(fetd) chiral metamaterials(CMMs).
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三角网格剖分时域有限元法的探地雷达正演模拟 被引量:3
14
作者 崔凡 陈毅 +1 位作者 薛晗鹏 张永琦 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2022年第2期797-809,共13页
在探地雷达正演方法中,射线追踪法只能获取了波的运动学特征,时域有限差分法虽然能得到波的动力学特征,但是由于时空离散采用规则的结构化Yee单元,不能模拟复杂地质构造下波的传播规律.为了构建更复杂的地电模型和获取雷达波在不同地下... 在探地雷达正演方法中,射线追踪法只能获取了波的运动学特征,时域有限差分法虽然能得到波的动力学特征,但是由于时空离散采用规则的结构化Yee单元,不能模拟复杂地质构造下波的传播规律.为了构建更复杂的地电模型和获取雷达波在不同地下构造中传播的波场特征,本文采用三角网格剖分的时域有限元法对探地雷达做正演模拟.时域有限元法可采用非结构化的拓扑网格对求解区域进行网格划分,选择三角形网格剖分物性区域可进一步解决矩形网格剖分对物性参数分布复杂以及几何特征不规则模型适应性差的问题.时域有限元法的求解首先以电磁波的麦克斯韦方程为基础,根据电磁场的本构关系,导出雷达波的波动方程,将波动方程作为微分控制方程并定义时域电磁场中的边值问题,对求解区域进行三角网格剖分后,采用线性插值基函数,应用Galerkin加权余量法对微分方程求解形成线性矩阵方程组,并在解线性方程组时采用LU分解的双共轭梯度法,加快了收敛速度,减小了迭代次数.在时间差分近似时采用Newmark-β法消除由时间步长过大带来的数值色散,实现无条件稳定.在求解区域边界外加完全匹配层吸收外向传播的电磁波,压制来自截断边界处的反射波.通过对构建的地电模型做正演模拟,其研究结果表明:使用三角网格剖分的时域有限元法进行复杂地质构造下的GPR正演数值模拟,构建的正演模型更加接近实际地质构造,具有更高的模拟精度,能进一步解译雷达数据剖面. 展开更多
关键词 探地雷达 时域有限元法 三角形网格 Galerkin加权余量法 NEWMARK-Β法 完全匹配层
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