等效环路有限差分算法及其在人工复合材料设计中的应用

本文实现了一种新颖的等效环路有限差分算法,这种算法借鉴传输线算法的思想,在Yee氏网格中引入等效集总元件,包括常规介质中的等效串联电感、并联电容和左手材料中的等效并联电感、串联电容等.良好的物理思想使其可以提供适用色散介质计算的收敛性条件,更加适合仿真计算频率选择表面和超材料等色散介质.为了提高其计算效率,研究了核内加速技术,这种技术理论上可达到最高4倍的加速,实际应用中得到2倍左右的加速效果.使用该算法进行了超材料吸波体结构的设计,通过单双环电阻加载实现宽带电磁波吸收功能.隐身天线罩对于实现天线的带外隐身有着重要作用,利用该算法设计了工作频率为1GHz,隐身频带在3GHz到9GHz的天线罩.并与两个加工样品的测量结果进行了比较,对比的结果验证了算法的正确性.同时核内加速技术的有效性也通过仿真时间比较得到了验证.

等效环路时域有限差分算法及其核内加速技术

提出了一种新颖的有限差分算法——等效环路有限差分算法。这种算法借鉴传输线算法的思想,在Yee氏网格中引入集总元件的概念,由于其良好的物理思想,可实现对于色散介质的仿真计算。单指令多数据指令集(streaming single-instruction multiple-data extensions,SSE)技术是Intel公司提出的核内并行加速技术,普通的个人电脑都支持这种技术。结合SSE技术,可实现对算法的有效加速,这种加速技术无须硬件的改进即可实现理论上最高4倍的加速。分别利用等效环路有限差分算法、普通有限差分算法仿真计算了平面倒F天线(pla-nar inverted-F antenna,PIFA)的端口反射系数和天线方向图,并与实测数据进行了比较,验证了算法的正确性。在实际的运算中,使用SSE技术普遍可实现2倍以上的加速比,加速算法的有效性得到了验证。

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。

基于环路法的三维细孔缝电磁分析算法

导体屏蔽箱上的孔缝对屏蔽效能有非常重要的影响,而细孔缝的模拟一直是电磁屏蔽分析中的难点.研究了时域有限差分(FDTD)法的三维细孔缝模拟问题,推导出基于环路(CP)法的三维细孔缝仿真算法.在不同孔缝宽度模型下,分别利用细化网格和容性细孔缝(C-TSF)2种算法验证三维CP细孔缝模型的精度和适应性.结果表明该CP模型在缝宽较大时精度较好,和C-TSF算法相结合在分析细孔缝电子机箱屏蔽问题时避免使用细化网格.

纳米孔隙聚合物薄膜等效折射率模型和FDTD模拟

综合运用了两相介质等效折射率的Lichtennecher方法和模系统模拟方法对聚苯乙烯PS(polystyrene)、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA(polymethyl-methacylate)和纳米孔隙三相介质构成的聚合物薄膜的等效折射率和孔隙率关系进行了研究,建立了一种纳米孔隙聚合物薄膜的等效折射率模型,并用时域有限差分算法(FDTD)模拟光在这种纳米孔隙聚合物薄膜中的传输过程,计算出了不同孔隙率的薄膜所对应的等效折射率.FDTD算法模拟的结果及数学模型曲线均与实验结果吻合很好.

用于地面核爆源区电磁脉冲环境评估的工程等效电导率测量和反演方法

地面核爆源区电磁脉冲(SREMP)可穿透工程岩土介质,对地下工程内的电子信息设备造成严重影响。为评估地下工程内的SREMP场环境,提出基于连续波等效的SREMP近区场测试方案,搭建等效试验测试系统,对系统中线天线近区场特性进行研究。通过线天线近地磁感应强度的试验测试,验证该测试系统的可行性。在此基础上利用时域有限差分算法对测点处的大地等效电导率进行反演研究,并对一定深度地下工程典型频点处的场环境进行计算。结果表明,该方法可针对不同的大地介质开展地下工程SREMP场环境评估,为研究SREMP效应和工程防护设计提供了参考。

纳米孔隙聚合物光学薄膜透过率谱线的数值计算

用时域有限差分(FiniteDifferenceTimeDomain-FDTD)算法模拟了光从真空垂直入射到表面覆盖有一层纳米孔隙聚合物薄膜的玻璃介质,得到了在不同波长下的纳米孔隙薄膜的透过率谱线 将FDTD模拟结果的透过率谱线与理论谱线相对照,估算出了该薄膜的等效折射率 我们分别模拟了孔隙率为5%、10%、15%、20%和30%的薄膜,得到了它们的透过率谱线,而且利用这些谱线得到了它们不同的等效折射率值 文末给出了只有两层薄膜构成的纳米孔隙宽带增透薄膜的结构,而且利用FDTD算法模拟了光经过这种增透膜入射到玻璃介质的过程,结果显示这种增透膜在可见光波长范围的透过率高达99. 5%

改进的共形技术在曲形介质目标散射中的应用

本文提出了一种改进的介质共形技术来处理曲形介质目标的三维边界阶梯近似问题。在介质表面通过引入等效介电常数来修正时域有限差分算法的电场更新方程,从而改进Yee网格阶梯近似带来的计算误差。等效介电常数的引入是通过边界上共形网格中不同介质部分的面积的加权平均得到,充分考虑到介质分界面的电磁参数信息。计算结果表明,该方法在采用粗网格的情况下与矩量法及解析方法吻合很好,从而可以大大减少计算机的资源使用。

复合介质等效电磁参数的数值研究

利用时域有限差分(FDTD)方法研究了掺杂介质材料等效电磁参数的反演方法.首先用FDTD方法计算掺杂介质的反射、透射系数,然后结合遗传算法和传播矩阵法反演不同掺杂比率的等效电磁参数,得到了等效电磁参数随掺杂比率变化的关系曲线.在复合材料的掺杂比率较低和较高时,等效电磁参数计算公式之间以及数值方法得到的结果比较一致;当掺杂比率处于中间值时,则稍有差别.结果显示用数值方法反演复合材料等效电磁参数具有可行性.

纳米孔隙薄膜中孔隙率与折射率关系的研究

用时域有限差分算法 (FDTD)构造了纳米孔隙高分子薄膜的网格结构 ,并模拟了理想单色平面光波在纳米孔隙高分子薄膜中的传输过程 ,计算出不同孔隙率的薄膜所对应的等效折射率。模拟结果显示纳米孔隙薄膜的等效折射率与孔隙率呈线性递减的关系。还利用固体材料学中的混合材料等效介电常量理论建立了一种混合介质并联理论模型 ,很好地解释了纳米孔隙高分子薄膜孔隙率与等效折射率的关系而且得到了纳米孔隙高分子薄膜等效折射率与孔隙率的函数关系式。将模拟结果与混合介质并联理论模型相比较 ,发现该理论模型的函数曲线与时域有限差分算法模拟的结果相互吻合。