高阶色散介质的改进移位算子时域有限差分方法

提出一种适用于高阶Debye,Drude,Lorentz及其混合模型的改进移位算子的时域有限差分(SO-FDTD)方法。从介质极化率函数出发,将其写成一阶或二阶有理分式求和的形式,并在随时间步推进计算的过程中,通过引入中间变量和设置临时变量,克服了常规SO-FDTD将高阶模型直接转化为有理分式所导致的计算复杂性和内存占用量大的问题。同时,改进SO-FDTD方法的时域推进计算步骤具有通用性,克服了常规递归卷积(RC-FDTD)方法对各种高阶模型具有不同计算公式,因而不能形成通用计算程序的问题。最后,通过空气-高阶色散介质界面的反射系数计算验证了算法的有效性和通用性。

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。

一种基于数字信号处理技术的改进通用色散介质移位算子时域有限差分方法

借鉴数字信号处理技术中的无限脉冲响应滤波器实现的思想,提出一种适用于通用色散介质的改进移位算子时域有限差分(shift operator finite-difference time-domain,SO-FDTD)方法.与原SO-FDTD方法相比,改进的SO-FDTD方法内存占用减少33%以上,同时计算时间也有所减少.最后通过一阶、二阶色散介质雷达散射截面计算验证了方法的通用性和有效性.

基于时域有限差分法的宽带电磁兼容方法

为降低电磁干扰对宽带运行的影响,引进时域有限差分法,设计宽带电磁兼容方法。基于此方法,构建宽带运行时域场内的旋度方程,利用具有相同电磁属性的网格,划分宽带通信过程中的通信传输区域,设定通信传输区域的边界条件,将其作为电磁场干扰控制的边界条件,计算宽带电磁场干扰分量;计算电磁干扰隔离度;选择合适的材料,对电子设备作业空间与环境中的关键部位采取有效的屏蔽措施,实现电磁兼容屏蔽场设计与滤波处理;引入单点接地法,设计宽带电磁兼容布置中的接地方式;引入灭弧处理法,参照基尔霍夫第二定律,处理电磁辐射。设计对比实验,通过实验证明,设计的兼容方法在实际应用中效果良好,该方法可以有效抑制不同范围内的电磁干扰。

时域有限差分方法分析水下目标散射电场分布

水下目标的散射电场分布是水下电磁探测的重点研究方向。通过建立三维海水色散介质中时域有限差分电磁计算模型,对水下目标全空间电场强度的总场和散射场分布进行了系统的研究。结果表明,入射电磁波频率f变化会导致散射电场极值大小及位置发生改变,整体幅值正比于■,且频率越低,散射电场极值位置距离目标越远;在目标电导率0~2 000 S/m区间内散射电场幅值增幅明显,而后变化趋于稳定,散射电场极值正比于ln σ。通过系统分析和计算,分析了水下散射电场幅值变化规律,探讨了频率和目标电导率对水下目标散射电场的影响,可为水下电磁探测应用提供理论参考。

基于时域有限差分算法的光学MATLAB仿真

以“物理光学”课程为例,基于计算电磁学的有限时域差分法和MATLAB软件图像显示功能,动态地展示光学波动图像,形象化设计课程教学环节。利用MATLAB软件用户操作界面(GUI)功能,让学生自己动手完成结构设计,获得波动光学数据和图像。学生通过观察动态光波传播过程并分析光学图像,提升了对物理光学基础知识的兴趣,有利于深入理解物理机制并提升实践操作能力。

等离子体的交替方向隐式时域有限差分方法

首次把交替方向隐式时域有限差分法 (ADI FDTD)推广到色散介质———无碰撞非磁化等离子体中 ,计算了非磁化等离子体与电磁波的相互作用 ,使用ADI技术给出了无碰撞等离子体介质中的ADI FDTD迭代公式 .并解析地证明了等离子体ADI FDTD算法也是无条件稳定的 .数值计算表明 ,等离子体ADI FDTD算法与传统的FDTD的计算结果吻合 ,计算效率更高 .

一种新型的高阶时域有限差分方法

相比于传统高阶时域有限差分算法(FDTD)而言,该文提出了一种改进的高阶FDTD的优化方法,该算法基于安培环路定律,通过计算机技术寻找到一组最优的系数使得FDTD方法的全局色散误差达到最小,通过不同分辨率下的点源辐射模拟证明了该方法在较低分辨率的情况下仍然具有极低的相位误差,对于解决电大尺寸结构建模中的数值色散等问题提供了有效的解决方案。

色散金属光学特性分析通用时域有限差分方法

结合数字信号处理中的半解析递归卷积(SARC)算法,提出一种用于金属光学特性分析的改进半解析递归时域有限差分方法(SARC FDTD)。该方法保持了SARC算法的绝对稳定性和高精度、低内存等优点,又利用梯形近似使FDTD递推公式更加简洁,计算效率进一步提高,对于各种常用金属色散模型,均只需给出模型的极点和对应的系数,即可运用该算法的程序进行计算,具有较好的通用性。最后,通过金属的高阶Lorentz,Drude-Lorentz和Drude-CP三种常用色散模型对算法进行了验证。

二维半空间时域有限差分瞬态场外推方法

提出用于二维半空间时域有限差分的瞬态场外推计算方法.该方法把上半空间远区场分作3部分:第1部分是上半空间外推边界上电磁流辐射场沿直达波路径的贡献;第2部分是该电磁流辐射场沿反射波路径的贡献;第3部分是下半空间外推边界上电磁流辐射场沿透射波路径的贡献.关于后两部分的计算要点是:用斯奈尔定律确定外推边界上电磁流辐射场的反射点和透射点,并把它们投影至沿观察点方向的时间盒子中;计算电磁波从等效源至反射点或透射点所需的时间,以此确定真正的投影时间盒子;用相应极化波的反射或透射系数作为沿反射或透射路径对远场贡献的比例系数;最后用两个模型验证二维半空间瞬态场外推算法.计算结果与已报道成果具有很好的一致性.

电磁波传输时域有限差分方法及仿真

针对电磁散射特性研究问题,根据拉普拉斯变换原理,为提高电磁波传输效率,提出了一种新的分析磁等离子电磁波传输的时域有限差分(FDTD)方法。将磁等离子的电流密度本构方程进行拉普拉斯变换到s域,结合电流密度卷积方法将其逆拉普拉斯变换到时域,得到电流密度关于时间的本构方程。利用上述方法计算出一维磁化等离子体板电磁波的反射系数及其相位。实验证明,计算结果与解析值结果一致。并证明方法的准确性及高效性。

基于时域多分辨分析方法的长波信号时延预测

长波地波传播时延是决定陆基导航定位系统精度的关键,时域有限差分(Finite Difference-Time Domain,FDTD)方法可以提高其精度。但是FDTD方法在计算长距离的模型问题时迭代次数随之增多导致数值计算误差变大。主要通过基于圆柱坐标系下采用具有紧支撑特性的二阶矩Daubechies小波函数为尺度函数的时域多分辨分析(Multiresolution Time Domain,MRTD)方法来提高数值计算精度。随后对MRTD方法进行色散分析,最后将该方法应用于低频地波的传播预测中,提取观测点的衰减因子相位,与使用FDTD数值算法得到的结果进行对比,结果表明:MRTD方法可以在保持精度的前提下用时比FDTD更短。

金属材料复介电常数在电磁波时域有限差分方法中的实现方法

由于金属材料的介电常数为复数,直接利用时域有限差分方法(FDTD)处理金属材料电磁波问题时,会导致计算结果的发散及不稳定问题.本文采用各向同性有损耗金属材料介电常数的Drude色散模型,利用电位移矢量作为辅助中间变量,推导出了各向同性色散金属材料的辅助差分FDTD迭代公式.利用该辅助迭代公式计算了金属Au光栅与平面电磁波的相互作用,结果表明该方法解决了数值计算中的不稳定问题,模拟效果较好.

2.5维模拟中时域有限差分近-远场变换方法

为进行从高功率微波源到天线辐射整个系统的2.5维模拟,在近场模拟的基础上对2.5维模拟中时域有限差分(FDTD)的近-远场变换方法进行了研究。先将2.5维近场模拟区的输出边界绕对称轴旋转一周,得到封闭的3维圆柱面;然后根据等效原理由该封闭面上的FDTD近场求得等效电磁流;再根据自由空间中电流及磁流的时域辐射场公式计算出电磁流的远区辐射场。给出了2.5维模拟中TM01模式及TE01模式激励下圆锥喇叭远区辐射算例,所得计算结果与3维全电磁模拟软件CST的计算结果符合较好。

基于时域有限差分方法求解薛定谔方程

时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)方法广泛应用于电磁场仿真领域,并与量子力学理论相结合来求解时域薛定谔方程,然而数值计算中的稳定性研究缺少理论方面的探讨。基于冯.诺依曼的稳定性分析方法得到了时域薛定谔方程的一维以及多维的稳定性条件,并且讨论了在不同势能情况下该稳定性条件的表现形式。数值结果充分证明了结论的正确性。

三维最优时域有限差分方法

数值色散是时域有限差分方法(FDTD)中最主要的误差来源,导致数值相速成为频率和方向的函数。文中讨论了一种基于最优有限冲激滤波器设计方法的最优差分格式,从频率空间或者波数空间中实现对理想偏微分算子的逼近,构造一种新的具有低数值色散关系的最优时域有限差分方法。文中导出了其数值色散关系和进行了稳定性分析,并通过与常用的基于泰勒级数展开定理的高阶(2,4)时域有限差分法相比较,发现最优时域有限差分法的数值色散得到了极大的改善。最后通过一个数值例子来验证其有效性。

一维有限时域差分方法(FDTD)计算中参数的选择

在用一维时域有限差分方法计算波的传播时,为了防止出现发散的结果,要求时间步长Δt<Δx/v,但具体取多大的值,没有定论。通过编程试验,时间步长取Δt<0.75Δx/c,而时间步数Nt大于波从波源传到观察点所需要的时间,又小于反射波到达观察点的时间。而且计算的时间格点和位置格点全部都可以取整数。

基于时域有限差分网格生成改进算法的混响室简便计算方法

为解决时域有限差分(FDTD)方法中零厚度平面的剖分问题,实现对有损混响室的快速简便数值计算,提出了一种基于三角面元的FDTD网格剖分改进算法,并将混响室的缝隙泄露、趋肤效应等导致的损耗等效为混响室内空间介质损耗,将混响室内搅拌器与腔体壁均等价为无厚度的理想电导体,结合FDTD网格剖分算法建立有损混响室简便模型,采用三维旋转矩阵实现搅拌器的步进。从混响室的储能和统计均匀特性着手,对仿真和实测得到的归一化场强和品质因数进行对比,并采用Kolmogorov-Smirnov(KS)检验的方法考察仿真结果、实测结果与其相应的理论值的归一化电场强度累积分布函数(CDF)曲线拟合度,检验结果均接受了原假设,且大部分P值均高于0.5,验证了所建简化混响室模型的正确性。

用时域有限差分方法模拟随钻测井响应

在研究计算随钻测井响应的时域有限差分法的基础上,分析了有钻铤和无钻铤时线圈型随钻测井在均匀介质中的瞬态辐射特性、侵入对随钻测井响应的影响、三层有侵地层模型响应以及多频率信号响应的幅度和相位。分析结果表明,时域有限差分方法不但可以计算常规响应特征,而且可以用于分析瞬态响应,同时计算多频率合成信号的响应。该方法可以成为计算多频率随钻测井响应和多频率相位测井响应的有效工具。

斜入射周期结构模拟的迭代时域有限差分方法

基于时域有限差分法引入一种基于迭代的算法,主要原理是通过时间步进方式,用先迭代产生的已知场近似当前迭代所需的未知场,使近似场和真实场之差随迭代次数的增加而逐渐减小.探讨了该算法的具体实现过程,给出了收敛性分析,发现无限长金板反射系数的计算结果与解析解在数值上高度一致,从而验证了该方法的正确性.将该算法引入到三维色散结构模型仿真中,从理论上验证了在硅表面放置纳米圆柱结构所具有的超透射现象.研究表明,所构建方法克服了传统方法受入射角度限制、缺少时域场演化过程和需要大量网格剖分等方面的缺点,为色散周期结构在斜入射条件下的传输特性研究提供了新的解决途径.