CFS-PML边界条件在PSTD算法中的实现与性能分析

文中将具有复频率参数的PML(CFS PML)边界条件引入到时域伪谱 (PSTD)算法中 ,并利用卷积PML(CPML)方法予以实现 ,CPML的吸收性能作为时间的函数被给出。与传统PML相比 ,该边界条件不仅可以吸收传播模 ,而且还可以吸收低频凋落模。仿真结果也表明 ,CPML中参数α ,Kmax在一定范围内取值可使该边界的反射误差得到最小。

MPSTD算法在波导分析中的应用

研究了多域伪谱时域(MPSTD)算法应用于波导问题分析时的激励源设置,并在此基础上,采用MPSTD算法计算了波导截止频率和典型三维波导结构的S参数,计算结果与HFSS或FDTD的计算结果做了比较,数值仿真表明,将MPSTD算法应用于波导问题的分析,可实现对波导问题的精确建模,具有较高的计算效率和计算精度,波导问题的MPSTD分析拓展了MPSTD算法的应用领域,为复杂波导问题的精确求解提供了一种思路。

三维大尺寸介质目标散射问题的总场边界PSTD技术

传统的伪谱时域差分(PSTD)方法中不存在硬连接边界条件,基于Gao 等人的思想,在PSTD计算区域内设置8～10个网格层的连接区.通过引入加权窗函数,使得整个计算区域被有效地划分为总场区、连接区和散射场区.总场边界PSTD技术在成功地把入射波引入到PSTD计算区域内的同时,更便于复杂目标离散建模.以时域高斯脉冲为宽频带平面入射波,通过数值算例,验证了总场边界PSTD技术应用于三维大尺寸介质目标散射问题的有效性和实用性.

加权总场法在PSTD算法中的应用

伪谱时域 (PSTD)方法可以处理电大尺寸目标电磁散射问题。本文介绍了一种能够把入射波有效引入PSTD计算区域的新方法———加权总场法。该方法通过引入类似于FDTD中连接边界的连接层 ,将计算区域划分为总场区、连接区和散射场区。为了总场区和散射场区的连续 ,在连接区引入窗函数 ,通过设置 8 10层连接区就可以将入射波有效地引入到PSTD总场区。这样使入射波和目标分离 ,实现了复杂目标的单独建模 ,从而使PSTD便于模拟复杂目标的电磁散射。文中以高斯脉冲为入射波 ,通过二维情况下目标散射宽度的数值结果 。

MPSTD算法子域分界面上的CV-PB匹配条件

针对多域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,将特征变量法与物理边界条件相结合提出一种新的子域分界面匹配条件:特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件,并推导得到一般3D曲线坐标系中子域分界面上的场值更新关系.最后给出的数值实例将其与传统分界面匹配条件在算法稳定性、计算精度方面做了比较.多种情形下的数值仿真表明,该匹配条件比传统匹配条件的数值稳定性更好、精度更高.

有耗媒质中3D目标体散射特性的TSNU-PSTD模拟

结合PML边界条件的傅立叶时域伪谱(PSTD)算法已广泛用于模拟电磁波传播和目标散射,但传统的PSTD方法在每个坐标方向上需要均匀分布的空间坐标网格点,从而不能够很好地模拟曲面目标和与网格空间尺寸不一致的目标,基于变空间的PSTD方法可以很好地克服这些不足。文中将CFS-PML边界条件在PSTD算法中实现并将它与TSNU-PSTD方法结合模拟了大范围有耗媒质中2D\3D曲面介质体目标的电磁散射,部分结果与FDTD计算结果进行了比较。仿真结果表明,基于变空间的PSTD只需平均每波长分成3个网格就可以达到较好的精度,可高效模拟电大尺寸空间曲面形状目标体的电磁散射。

X波段矩形波导宽边复合缝隙耦合器的MPSTD算法分析

针对MPSTD算法在波导宽边复合缝隙问题中的应用,重点研究了X波段标准波导宽边复合缝隙耦合器的缝隙谐振长度和散射参量特性。仿真结果表明,将MPSTD算法应用于波导耦合缝隙问题的分析,可实现对该问题的精确建模,具有较高的计算精度和效率。

MPSTD算法中子域分界面匹配条件的比较研究

针对多区域伪谱时域算法(MPSTD)中子域分界面两侧为不同介质的情形,提出了特征变量物理边界(CVPB)子域分界面匹配条件,然后在总结现有子域分界面匹配条件的基础上,分别比较了子域分界面两侧为相同和不同介质时各种子域分界面匹配条件的稳定性。数值仿真表明,在子域分界面两侧为相同介质材料时采用特征变量法匹配条件,而在子域分界面两侧为不同介质材料时采用CVPB匹配条件,可使得MPSTD算法稳定性最好。

平坦/粗糙地表下目标散射特性的MPSTD算法分析

将MPSTD算法与特征变量-物理边界(CV-PB)匹配条件相结合来模拟探地雷达(GPR)问题,对平坦地表/粗糙地表下不同电磁参数、不同形状目标的散射特性进行了分析。由于这类电磁问题中不仅存在多种类型的子域分界面,而且子域分界面两侧存在多种媒质参数,所以它的准确分析不仅进一步验证了CV-PB匹配条件的有效性和准确性,而且也为电大尺寸空间复杂地表、复杂媒质中曲面形状目标体散射特性的快速、准确分析提供了一种思路。

矩形波导宽边辐射纵缝的MPSTD算法分析

针对MPSTD算法在波导宽边辐射纵缝问题中的应用,本文首先提出了基于Maxwell方程特征变量的总场-散射场分离方法,推导了散射场子域与总场子域分界面上的场值更新关系;其次,采用场区划分的思想给出一种激励源的设置方法,有效地将入射场子域、散射场子域及总场子域联系起来,方便了入射场的加入与散射场的提取.以此为基础,对波导宽边辐射纵缝的谐振长度和阻抗特性进行了分析.仿真结果表明,将MPSTD算法应用于波导纵缝问题的分析,可实现对该问题的精确建模,具有较高的计算精度和效率.

计算电大尺寸建筑物内电波场强的PSTD方法

本文采用一种新的时域数值方法———伪谱时域 (PSTD)法来计算电大尺寸建筑物内电波场强。提出了由初始条件技术和一维PSTD方程对入射平面波脉冲进行模拟 ,并利用纯散射场法和线性插值把平面波引入求解问题空间 ,有效地解决了PSTD方法中入射波设置问题。

有耗媒质中目标体散射特性的TSNU-PSTD模拟

结合PML边界条件的傅立叶时域伪谱(PSTD)算法已被广泛用于模拟电磁波传播和目标散射,但传统的PSTD方法在每个坐标方向上需要均匀分布的空间坐标网格点,因而不能够很好地模拟曲面目标和与网格空间尺寸不一致的目标,基于变空间非均匀网格的PSTD(TSNU-PSTD)方法可以很好地克服这些不足。将CFS-PML边界条件应用在PSTD算法中,并将其与TSNU-PSTD方法相结合模拟了大范围有耗媒质中介质体目标的电磁散射,部分计算结果与FDTD计算结果进行了比较。仿真结果表明,TSNU-PSTD算法只需平均每波长分成3个网格就可以得到令人满意的计算结果,可高效地分析大范围有耗媒质中曲面形状目标体的散射特性。

一种降低内存的时域散射计算方法——RPSTD

提出一种降低内存的时域伪谱法——RPSTD。PSTD方法基于Maxwell旋度方程,应用FFT(FastFou rierTransform)算法近似表示空间导数。由于FFT具有高阶精度,理论上每个波长只需划分两个网格即可计算目标的宽带电磁散射特性。为进一步减少存储量,RPSTD方法在PSTD方法的基础上,在Maxwell旋度方程两边取散度,将PSTD方法存储空间6个场分量减缩为存储4个独立的场分量,而其他两个场分量可由4个独立的场分量导出。将RPSTD用于二维散射计算,结果表明RPSTD的计算精度与PSTD相当。

地下目标体散射特性的MPSTD算法模拟

为有效提高时域有限差分法的计算精度和效率,将CPML边界条件在MPSTD算法中实现,并将采用CPML边界条件的MPSTD算法用于模拟探地雷达,分析了大范围有耗媒质中目标体的散射特性.仿真结果表明,MPSTD算法只需平均每波长分成5个网格就可以达到较好的计算精度,可高效准确地模拟电大尺寸空间曲面形状目标体的散射特性.

三维错格时域伪谱法在频散介质井中雷达模拟中的应用

数值模拟对井中雷达数据的解释有重要意义.通常采用的时域有限差分法(FDTD)在网格足够细的情况下能够精确地模拟井中雷达,但对于相对较大的模型,要得到较好的精度其所需要的时间和计算机内存都非常大.我们尝试用伪谱法来模拟三维井中雷达,其在平缓介质中达到与FDTD相同精度每个波长所需的网格要少数倍,因此在保证精度的情况下使模拟范围大大增加.常规网格伪谱法常伴有Gibbs现象,本研究通过在一个方向以两点为源和采用交错网格的方法有效解决了上述问题.对于Debye频散介质,我们应用二阶显式Runge-Kutta方法求解时间步,该法较中心差分方法更直观、更简便,且在我们考虑的介质范围内是稳定的.

电磁场时域数值技术新进展

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 。

时域近场测试中的采样面截断误差分析与修正

采样面截断误差是影响近场测试结果的一个很重要的因素。本文结合频域近场测量中对采样面截断误差的分析结果 ,根据时域近场测量的时域近场特性 ,借助 PSTD算法和 PML技术 ,提出一种修正时域近场测量采样面截断误差的新方法 ,数值例子验证了方法的有效性。

高功率电磁波脉冲在电离层中的传播

用时域伪谱(PSTD)算法数值模拟了高功率电磁波脉冲在整个电离层中的传播。利用缩减的电离层模型并忽略非线性过程,脉冲在电离层中的传播可用脉冲在冷等离子体中的传播方程来描述。时域有限差分(FDTD)法解决这个问题将耗费大量的时间和内存,因此,使用PSTD方法来解决冷等离子体中的方程,并采用完全匹配层边界条件截断求解空间。所得脉冲在整个电离层传播的数据显示,在265 km附近有一个分界点,其以下是反射波,以上既有反射波又有前向波。这与用高阶(FD)2TD方法数值模拟结果一致,表明时域伪谱算法模拟电磁波在电离层中长距离传播的有效性。

二维ADI多域伪谱时域算法

针对时域有限差分算法和传统的伪谱时域算法稳定性不足的问题,提出了一种将AD I技术与多区域伪谱时域算法相结合的AD I-MPSTD算法,并采用紧凑矩阵形式对其进行清晰的描述.此算法不仅具有多区域伪谱时域算法分析任意曲边形体问题的精确性和灵活性,而且稳定性和效率也相应地提高.AD I-MPSTD的数值结果与传统的算法的结果相比,证明了该算法的高精度和良好的稳定性.

混合尺寸目标电磁计算的时域伪谱/有限体积混合方法

针对单一算法对混合尺寸目标进行时域电磁分析的困难,提出一种时域伪谱(PSTD)同时域有限体积(FVTD)混合方法。FVTD可方便地分析复杂的几何结构和材料,但是难以计算电大尺寸的目标,PSTD则特别适合计算电大尺寸的规则结构,但在模拟复杂的几何结构尤其是带有曲边结构以及电大、电小共存结构时存在困难。混合方法克服了单独算法的缺点,融合各自的优势,提高了算法的求解能力和应用范围。为了减小两种算法连接边界带来的反射,采用了FVTD计算面均值的二次函数重构方法,给出了交叠网格和非交叠网格两种混合方案。数值试验表明,混合方法有较高的精度,具有时域分析混合尺寸目标电磁问题的能力。