一种分析微带贴片天线的辛时域有限差分方法

文中研究了在时间上采用5级4阶差分、空间上采用4阶差分的高阶辛时域有限差分(SFDTD)数值方法,给出其三维差分公式.将吸收边界条件应用于微带天线的计算中,计算了微带贴片天线的回波损耗及输入阻抗等.计算结果证明,该方法的精确性和正确性.

辛时域有限差分算法研究等离子体光子晶体透射系数

相较于传统的时域有限差分算法,辛时域有限差分算法具有高准确度性和低色散性.传统的时域有限差分算法的计算准确度较低,数值色散误差较大,并且破坏了麦克斯韦方程的辛结构,从而导致其稳定性较差.然而辛时域有限差分算法可以克服这些缺点,从而保证了整个仿真计算的准确性和稳定性.本文基于辛时域有限差分算法,对等离子体光子晶体的带隙特性,透射系数等进行了研究,并与传统的时域有限差分算法进行了对比,验证了辛时域有限差分算法的优势和可行性.

电磁计算中辛时域有限差分算法研究进展

辛时域有限差分(symplectic finite-difference time-domain,SFDTD)算法作为一种高精度、高稳定、高保真度的时域数值算法,在多个学科领域得到了广泛的应用,并已发展成为一种较为成熟的数值计算方法.本文主要对SFDTD算法的构建、数值优化以及相关关键技术处理进行了介绍.重点总结了基于时间和空间上的差分近似优化处理方法,处理不连续边界及金属曲面时的局部修正方法,以及时域电磁仿真中不可或缺的三大关键技术:总场/散射场技术、完全匹配层(perfect matched layer,PML)、近远场变换技术.最后,介绍了SFDTD算法在电磁仿真、量子力学求解、多物理问题建模与分析中的具体应用.

双色散模型的辛时域有限差分算法

结合有耗的Drude-Lorentz色散模型,提出了处理双色散模型的辛时域有限差分算法.基于矩阵分裂,辛传播算子和辅助差分方程技术,结合严格而巧妙的公式推导,构建了算法框架,并给出了详细的公式推导过程.为了验证本文算法的有效性和精确性,首先计算了一维空间双色散平板的透射系数,并与解析解对比,结果较好地符合,证明了该算法是有效而精确的.然后计算了三维空间中有实际意义的银分裂环,金属银的介电参数由Drude模型拟合.计算了该结构的透射系数,反射系数和吸收系数,得到了银分裂环的谐振频率和吸收频率,为实际实验结果提供了可供参考的计算结果.

辛FDTD算法

利用Hamilton函数的变分形式,将Maxwell方程表述为Hamilton正则方程形式。利用辛传播子技术结合高阶差分格式对方程进行离散以保持方程的内在结构,建立了求解Maxwell方程的辛时域有限差分(SFDTD)算法。对SFDTD算法的稳定性及数值色散性进行了探讨,并将辛SFDTD算法应用于时域电磁散射计算中,数值结果表明该方法的正确性及高精度性。

基于传播子技术的辛FDTD方法

数值求解三维时域Maxwell方程的过程中,保持方程的内在结构显得尤为重要。利用Hamilton函数的变分形式,首次将Maxwell方程表述为Hamilton正则方程形式。在时间方向上,借助辛传播子技术对方程进行离散以保持方程的内在结构;在空间方向上,采用四阶精度的有限差分格式对三维旋度算符进行差分离散,建立了求解Maxwell方程的辛时域有限差分(S-FDTD)方法。对S-FDTD方法的稳定性及数值色散性进行了系统的探讨,数值结果表明该方法的正确性及高精度性。

基于辛RKN技术的FDTD方法

高阶辛时域有限差分法(S-FDTD)的稳定度及计算精度都较传统的时域有限差分法(FDTD)更为优越,在长时间数值仿真中的优势更加明显。本文从电磁场方程的Hamilton函数出发,提出了一种基于辛Runge-Kutta-Nystr m(SRKN)算法的S-FDTD方法,对该方法的稳定性和数值色散性进行了系统的探讨。计算结果表明与传统的高阶S-FDTD方法——辛Partitioned-Runge-Kutta(SPRK)比较,该方法计算速度和计算精度都有较大的提高。

高阶SF-SFDTD方法在含时薛定谔方程求解中的应用研究

时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD(2,2))被广泛用于量子力学中薛定谔方程的求解,然而受Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件的影响,计算空间中的网格尺寸会限制时间步长的取值范围,极大降低了FDTD(2,2)方法的数值计算效率.另外,FDTD(2,2)方法在时间域和空间域只具有二阶数值精度,在计算中往往会导致较大的误差累计,影响仿真结果的正确性.为了克服这些问题,结合空间滤波方法(spatial filtering,SF)和高阶辛时域有限差分(symplectic finite-difference time-domain,SFDTD(3,4))方法(3和4分别表示时间和空间数值精度),提出了一种时间稳定性条件可扩展的SF-SFDTD(3,4)方法用于求解含时薛定谔方程.SF-SFDTD(3,4)方法无需对传统SFDTD(3,4)方法的迭代公式进行进一步的推导,只需要在每一次的数值迭代过程中加入空间滤波操作,滤除因采用不满足CFL条件的时间步长而产生的不稳定空间域高频分量,保证数值方法的稳定性,因此所提方法与传统SFDTD(3,4)方法具有较高的兼容性.同时,理论分析了SF-SFDTD(3,4)方法的数值色散误差.最后,通过数值算例验证了本文所提方法的正确性和有效性.

金属孔阵Ku波段透波增强特性研究

用高稳定的辛时域有限差分算法(SFDTD)对金属周期孔阵在Ku波段的透波增强特性进行了研究。数值计算了金属板厚度、孔的大小、孔中填充不同折射率的介质和孔阵的周期等物理参数对孔阵透射系数的影响。得出的研究结果表明:金属周期孔阵在Ku波段的透射系数随孔的增大而增大,随孔阵周期的增大而减小,填充高折射率的介质有利于其透射。