时域有限差分法的三维曲面共形技术及其应用于卡塞格伦天线系统

本文研究一种时域有限差分法的三维曲面共形技术，将其用于抛物面及卡塞格伦天线的建模，所得近场分布与实验值等吻合较好。

基于时域有限差分亚网格与共形网格技术的随钻电磁波测井响应数值模拟

为适应大斜度井/水平井钻井需求,提高复杂地层随钻电磁波测井响应数值模拟的计算速度和精度,引入了三维柱坐标系亚网格技术及共形网格技术。亚网格技术针对线圈、井眼等精细结构处采用局部自适应细网格剖分,模拟均匀无限厚地层随钻电磁波测井响应;与传统时域有限差分(FDTD)计算结果进行了精确性对比验证;采用三维柱坐标系共形网格算法,模拟随钻电磁波仪器偏心时的测井响应,与阶梯近似、一维半数值解进行对比。均匀无限厚地层亚网格技术模拟结果相对误差控制在0.8%以内,计算时间约为传统FDTD的19%;仪器偏心时,在计算时间保持稳定的前提下,共形网格技术将模拟精度提高至阶梯近似的3.42倍。以上2种算法可为复杂地层的环境校正和随钻快速反演提供支持。

时域有限差分法中提高局部区域空间分辨率的技术

本文提出了一种在电磁场计算的时域有限差分法中使用非均匀网格空间的技术。用此方法只需把需要提高空间分辨率的局部区域的计算网格成倍地细分,而不必把全部计算空间均改用相同的网格,从而可以大大节省存储空间和计算时间。在二维空间通过计算实例证实了所提方法的可行性。

共形单步交替方向隐式时域有限差分方法及其改进

提出了一种基于共形网格技术的共形单步交替方向隐式时域有限差分(CLeapfrog ADI-FDTD)方法。与常规FDTD方法相比,此方法能够减小由于目标边界不契合网格划分而引入的阶梯近似误差,提高算法计算不规则目标时的精度;同时算法稳定性更强,计算效率更高。由于引入共形技术后显著降低了原差分法的无条件稳定性,本文利用增长矩阵本征值方法理论分析了算法的稳定性,然后采用了一种改进的共形面积计算方法,在此基础上提出了一种稳定性更高的改进的共形单步交替方向隐式时域有限差分(ICLeapfrog ADI-FDTD)方法。数值算例验证了ICLeapfrog ADI-FDTD是一种具有高稳定性和高精度的高效算法。

时域有限差分法研究进展及其在EMC中的应用

时域有限差分(FDTD)法作为计算电磁学的三大算法之一,被广泛应用于集成电路信号/电源完整性分析、天线设计、瞬态电磁场效应分析与电磁兼容(EMC)等领域。该文回顾了FDTD的发展历史,介绍了FDTD的基本原理与关键技术,从完美匹配层吸收边界、共形技术、亚网格技术以及隐式迭代方法等方面介绍了该领域国内外的研究动态以及本团队在该领域的主要研究成果,分析了当前研究存在的主要问题和重点研究方向,并分析了FDTD方法在电磁兼容问题中的应用情况,旨在为电磁兼容相关工作人员提供参考。

基于三角面元的涂层目标FDTD共形网格生成技术

提出了一种基于三角面元数据生成涂层目标时域有限差分(finite-difference time domain,FDTD)共形网格的方法。通过将原目标中各三角面元的顶点沿曲面在该点处的法线方向内移(内涂层)或外移(外涂层)所需的厚度,得到一组关于涂层的三角面元数据。其中曲面上各顶点处的法线方向近似等于包围该顶点的各三角面元的单位法向的矢量和。对于局部涂敷的情况,可根据需要只将涂敷部分所包含的三角面元顶点进行相应的移动,而其余顶点的位置保持不变。利用投影求交法,由原目标的三角面元数据和新生成的涂层三角面元数据即可得到共形FDTD计算所需要的共形网格参数。数值结果验证了方法的正确性和有效性。

区域分解时域有限差分方法(DD-FDTD)及其在散射问题中的应用

本文提出一种区域分解的时域有限差分算法 (DD FDTD) .依据待解问题的特点 ,把待解问题分解为几个子区域 ,在各个子区域中 ,采用适合于该区域的共形网格进行划分计算 ,通过一种有效的信息传递方案 ,把各个子区域综合起来 ,获得原问题的解 .通过采用这种方法 ,一个复杂的问题可以得到简化 ,从而变得适于求解 ,同时 ,共形网格和精确的信息传递方案的使用 ,大幅度提高了计算精度 .文中 ,用该算法对二维电磁散射问题进行了分析计算 。

一种分析探针加载微带天线的局部共形FDTD法

提出一种局部共形时域有限差分法 (LCFDTD) ,对短路探针加载的小型微带贴片天线进行了精确的数值分析 .该方法对任意尺寸和位置的同轴探针和短路探针都可精确模拟 ,并且可用来模拟多探针加载情况 .计算结果和实验结果相一致 ,证明了本文方法的有效性 .

二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法

时域有限差分(FDTD)算法求解电磁问题时,如果目标结构不能和传统网格体系共形,往往采用局部共形网格或非正交网格算法。详细讨论了二维圆柱坐标系中五角形共形网格算法,该算法能方便地对倾斜薄层媒质或电导率不均匀的倾斜媒质等复杂结构建模,并以锥形电磁脉冲天线为例,验证了该算法的有效性。

用时域有限差分方法分析轴对称天线辐射特性

应用时域有限差分方法分析了置于理想导体平面上由同轴线馈电的具有轴对称结构天线的瞬态及稳态辐射特性．通过应用网格共形技术及一维传输线方程模拟同轴线的馈电，并在同轴线口径处计入了馈线与天线之间的相互耦合，大大地缩减了时域有限差分法的计算空间，从而实现了复杂结构与加载情况天线的计算和分析．

求解三维问题的区域分解时域有限差分方法

该文提出一种用于三维复杂问题的区域分解时域有限差分算法(DD-FDTD)。依据待解三维复杂问题的特点,将其分解为几个子区域。每个子域中的问题相对简单,可采用适合于该区域的共形网格进行划分计算,通过插值再修正误差的办法,把各个子区域综合起来,获得原问题的解。这样,应用区域分解的思想,简化了复杂的问题。修正误差的方法,使本算法得以实现并大幅度提高了计算精度。采用本算法对三维口径天线问题进行了分析计算并与实测数据进行了比对,验证了算法的正确性。

基于共形网格技术的ATEM三维数值模拟

共形网格技术可减小传统有限差分方法带来的阶梯状网格近似误差.将共形网格技术运用到无源麦克斯韦方程组的推导中,采用线性加权平均方法,求得棱边电场的等效电导率,更新了传统时域有限差分方法的电场迭代方程;研究了具有解析式目标体的共形参数确定方法,利用投影思想得到共形网格位置坐标,进而求得共形参数.通过与有限元方法计算得出的电磁响应进行比较,验证了本文方法的正确性;共形网格技术在保证计算效率的条件下,与阶梯状网格近似方法相比提高了曲面三维异常体的计算精度;需要共形处理的电场越多,共形网格技术的效果越明显,精度提高越多.该方法为开展地下复杂异常体的航空电磁三维正反演奠定了基础.

任意三维物体FDTD共形网格生成算法

时域有限差分法(FDTD)是计算电磁学广泛使用的方法之一。作为一种数值方法,首先要对目标模型进行网格离散。它直接影响到计算的精确性与复杂性。为了避免采用Yee氏单元对复杂模型建模所产生的阶梯误差,实现了一种任意复杂形状三维物体FDTD共形网格自动生成算法。对于由AutoCAD等建模软件生成的目标模型(三角形和四边形构成),应用计算机图形学方法求出网格线与模型的交点,在三个网格面分别生成共形网格。数值结果证实了共形网格生成方法的正确性和在提高FDTD方法计算精度方面的有效性。

波导宽边缝隙天线的改进共形FDTD分析

本文提出一种改进的局部网格共形FDTD技术 (MLC FDTD)来分析波导宽边缝隙天线 ,包括辐射纵缝和辐射组合斜缝 .MLC FDTD不仅解决了局部网格共形技术的不稳定性因素 ,还针对缝隙边缘场的复杂性 ,部分修改电场的更新迭代方程 ,以提高计算精度 .此方法分析和实施都较简单 ,精度较高 .另外 ,本文是直接对工程中采用的圆头形缝隙进行分析 ,文中给出了等面积和等周长两种工程中常用的矩形头和圆头形缝隙等效方法的等效变换误差 ,结果表明 ,等面积等效的误差是很小的 .

用于三维全电磁粒子模拟的电荷守恒共形发射技术

给出了满足电荷守恒的共形发射技术。首先阴极表面由三角网格共形描述,发射带电粒子时,根据电荷和电流线性分配方式和离散高斯定律,带电粒子的初始位置设置在与三角面元处于同一个网格元胞内,离三角面元最近且处于金属内部的网格点上。带电粒子的初始运动由两部分组成:一是由三角面上的法向场推进所产生的运动;二是使发射粒子在阴极面上分布呈随机性而设定的随机运动。运动产生的电流按照电荷守恒定律分配到离散网格中,并且由于粒子的初始位置设置在整网格点上,带电粒子的共形发射不会产生非物理的静电累加。最后通过同轴二极管模型来验证共形发射模型的正确性。

一种新型的单层介质宽频带圆柱共形微带天线

提出一种新型的单层介质宽频带圆柱共形微带天线.采用具有U形缝隙的金属贴片作为天线的辐射单元,缝隙的引入改变了贴片表面的电流分布,使天线的阻抗带增至39%左右.利用时域有限差分法(FDTD)结合圆柱分层媒质中谱域并矢格林函数的混合方法对该天线进行了全波分析,给出了天线单元的阻抗特性、辐射特性以及两天线单元间的互耦特性.该天线仅含有单层介质衬底,与叠层结构宽频带微带天线相比,剖面厚度减少约30%,更适合应用于天线剖面尺寸要求严格的场合.

共形环状毫米波微带天线研究

与弹体共形天线的复杂结构使天线性能的准确分析十分困难,共形时域有限差分法是分析复杂结构天线的有效方法之一。在介绍共形时域有限差分法基本原理的基础上,分析了毫米波圆锥共形环状微带天线,制作并测试了35GHz的环状微带天线,实测数据与仿真结果吻合。

FDTD 法局部网格细化技术及其边界源等效模型

讨论了时域有限差分（ＦＤＴＤ）法中局部网格细化技术的实现，给出了边界源的等效模型．利用一个简单的计算实例———ＴＭ平面波入射下方形介质柱的散射分析，证明了该等效源模型的正确性，同时也说明了方法的有效性．

宽频带圆锥共形微带天线的CFDTD法分析

根据微带天线展宽频带的工作机理,基于共形时域有限差分(CFDTD)法,分别对工作在L波段和C波段的重叠贴片式和电容补偿式探针馈电圆锥共形微带天线的近远场特性做了分析.结果表明,与普通的单贴片结构天线相比,其带宽有了明显改善.在时域有限差分(FDTD)网格剖分时,采用了坐标系旋转的方法,以方便激励探针的建模,同时为了提高仿真的效率,引入了非均匀网格技术.

修正共形FDTD技术在声散射中的应用

传统时域有限差分法(UFDTD)将曲面目标边界作为台阶近似来处理,当网格划分不很精细时,计算结果会有很大的误差。共形技术可以解决这一问题,但它要满足一定的共形条件,实现起来比较困难。针对刚性目标的声散射问题,提出一种修正共形技术,它不需要满足任何共形条件就能达到很好的稳定性。文中给出了此共形技术的基本原理和稳定性证明,并针对声散射问题进行数值模拟。仿真结果表明:在同样计算量的情况下,此方法的计算精度明显高于传统方法;在同样计算精度的情况下,此方法的计算量大约比传统方法节省50%。