梯形脊形金属波导传输特性的二维频域有限差分法分析

基于二维频域有限差分法(2-D FDFD),对梯形单脊矩形波导和梯形双脊矩形波导的传输特性进行了分析.采用直角坐标系中2-D FDFD的一般分析公式和波导梯形斜边上的差分公式,对梯形单脊矩形波导和梯形双脊矩形波导的传播特性进行了分析.数值计算结果和已有的数值结果以及仿真结果吻合得很好,证明了分析的正确性.

结合频域有限差分法分析二维柱体电磁散射

引入多波前算法,提出了结合频域有限差分法分析二维柱体的电磁散射问题。数值计算过程中利用Murs二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格;作为算例,分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射,由于使用了多波前算法求解差分矩阵方程,大大地减少了计算时间,数值结果表明了该方法的有效性。

圆形金属波导传输特性的2-D频域有限差分法分析

时域有限差分(FDTD)法和频域有限差分(FDFD)法用于处理传输系统的本征值问题非常有效。本文首先基于二维频域有限差分(2 -DFDFD)法,导出圆柱坐标系中2- DFDFD的一般分析公式,并提供了圆波导中不规则划分网格的相应场量表达式;然后将导出的2- DFDFD分析公式应用于圆波导的传播特性的分析。数值计算结果和理论结果吻合很好,从而证明本文分析思路的正确性。同时,所编制的2- DFDFD程序具有通用性,只要调整边界条件的设置同样适于分析其他柱形金属波导结构。

频域有限差分法在二维周期导波结构中的应用

提出了一种计算二维周期导波结构的频域有限差分(FDFD)法。在电场边界和磁场边界上同时使用Flo-quet定理,从而将计算域限制在一个周期结构内,并且导波结构侧面可引入吸收边界条件,保证了计算精度.通过计算矩阵的本征值获得传播常数,而无需求解关于传播常数的高阶超越方程,极大地提高了计算速度。

预条件共轭梯度法在频域有限差分法分析二维柱体电磁散射问题中的应用

本文引入预条件共轭梯度法 ,提出了结合频域有限差分法结合分析二维柱体的电磁散射问题。数值计算过程中利用Mur二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格。作为算例 ,文中分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射 ,由于使用了预条件共轭梯度法求解差分矩阵方程 ,从而减少了计算时间。数值结果表明了该方法的有效性。

渐近波形估计技术加速的频域有限差分法

本文提出了一种基于三维频域有限差分法(3D-FDFD)和渐近波形估计技术(AWE)计算三维微波结构S参数的快速算法。在分析中,将输入和输出端口的电场分别展开成某抽样频率点处的泰勒级数,通过Padé逼近及奇异值分解技术求出电场与频率的有理函数解析表达式,从而获得频带内的S参数。数值计算结果与已有结果吻台良好,并且与传统FDFD法相比,计算效率提高很多。

有限差分法结合预条件共轭梯度分析三维电磁散射问题

引入预条件共轭梯度法,提出了结合频域有限差分法分析三维电磁散射问题.数值计算过程中利用Mur二阶吸收边界条件和Maxwell方程组积分形式的频域差分离散格式.作为算例,分析了理想导体金属块对平面电磁波的散射,由于使用了预条件共轭梯度法求解差分矩阵方程,从而减少了计算时间.数值结果表明了该方法的有效性.

频域三维Mur吸收边界条件的差分离散格式

本文构造了三维Mur二阶吸收边界条件的频域差分离散格式,结合Maxwell方程组频域有限差分方程,可方便地分析三维电磁问题.作为算例,研究了一理想导体金属块对平面电磁波的散射。

内嵌管式辐射地板的频域热特性分析

基于经典有限差分原理建立了内嵌管式辐射地板的频域有限差分(FDFD)模型,同时采用Fluent软件建立了内嵌管式辐射地板的CFD模型作为参考模型,将内嵌管式辐射地板FDFD模型在典型频域点的计算结果转换成时域内的幅值与相角,并与CFD模型的计算结果进行对比.FDFD模型能准确预测内嵌管式辐射地板的热特性.采用FDFD模型进一步计算了不同厚度绝热层的辐射地板的频域热特性,分析了绝热层厚度对内嵌管式辐射地板热特性的影响.结果表明,在高频区域,绝热层厚度对地板传热的影响较小,而在低频区域内影响较为明显,尽管绝热层厚度取到40mm,地板下表面仍存在较大的热流损失,约占管道热流的16%.

基于图像处理的频域有限差分法用于实际光子晶体光纤的研究

提出了一种基于图像处理算法和频域有限差分法相结合研究实际光子晶体光纤的数值分析方法。该方法针对实际光子晶体光纤由于结构不规则难以进行数值分析的缺点,采取首先对光子晶体光纤的电镜扫描图像使用阈值分割和维纳滤波等图像处理算法获得光纤截面的几何图像,然后使用图像插值及构造均值移动窗口滤波等方法实现了网格划分和介电系数平均等步骤,最后结合频域有限差分法对光纤特性进行分析计算。结果表明,该方法能够精确分析实际光子晶体光纤的色散特性,模拟得到的实际光子晶体光纤的模场分布与实验结果吻合很好。

修正的频域有限差分法在二维金属光子晶体分析中的应用

与介质光子晶体相比,金属光子晶体的带隙特性在毫米波和亚毫米波波段有着重要的应用价值.基于Yee网格的频域有限差分法推导得出的本征模方程,求解后能方便而又可靠地得出介质光子晶体的带隙图和场分布.但由于金属与介质的本质差异,该方法不能直接应用于金属光子晶体.文中引入了金属表面边界条件,推导了二维金属周期结构的光子带隙本征模方程.通过数值计算,得出了不同晶格结构(正方/三角格子)下两种模式(TE/TM)的全禁带特性,并与介质周期结构的禁带特性进行对比,分析了金属周期结构在模式选择和器件集成方面的优点.

电磁耦合问题的区域分解算法

作为偏微分方程数值解新技术 ,区域分解算法对于大型复杂问题的求解表现出巨大的优越性。本文将其与频域有限差分法 ( FDFD)结合 ,对有限厚度导体平面上缝隙电磁耦合问题进行了分析。通过将所分析的结构划分为多个相对独立的规则子域 ,使原问题中差分方程的系数矩阵转换为各子域中带宽极窄的带状阵 ,从而使计算时间和计算所需内存分别下降为 O( N)和 O( max( Ni) ) ,其中 N为总网格点数 ,Ni 为第 i个子域的网格点数。数值结果与文献提供的结果吻合 ,证明了该法的有效性。同时 ,该法很容易实现并行计算 ,为进一步提高计算效率提供可能。

基于FDFD的色散介质传输特性分析

通过频域有限差分法与色散介质的频域表达式相结合,文章推导出二维TM波激励下的频域公式,设计了一种二维周期性孔阵列结构的Debye色散介质模型,并分析了入射角度、色散介质结构参数对透射特性的影响。结果表明,在一定范围内当入射角增大、孔半径增大及周期常数减小时,该色散介质均具有较好的透射特性。

圆形双芯微结构色散补偿光纤的色散特性分析

提出了一种圆形双芯微结构光纤,用频域有限差分法(FDFD),并对其色散特性进行了分析,并与前人提出的六边形双芯微结构色散补偿光纤进行了比较。结果表明:当圆形双芯微结构色散补偿光纤的高折射率区半径保持不变时,改变沿水平直径方向相邻空气洞中心点间的距离和空气洞的直径,能够控制有效模折射率的转折点,并在该处产生较大的负色散。由于圆形双芯微结构色散补偿光纤比六边形双芯微结构色散补偿光纤的有效模折射率对参数变化较为敏感,故前者更易于精确地控制转折点,达到色散补偿的目的。

基于节点编码的区域分解算法及其在二维散射中的应用

研究了一种高效率的基于节点编码的区域分解算法。将原始的求解区域分割为若干个相对独立的子区域,使原问题转化为若干个相对独立的子问题,通过求解公共边界上的场值,可以快速获得整个求解区域上的场值,极大地减少了存储量和计算量。此外,这种区域分解算法不仅能够快速、高效、并行地计算电大尺寸柱体的电磁散射,还特别适合于求解具有几何重复性特征的结构,如天线阵列、有限周期频率选择表面、PBG/EBG等的电磁仿真问题。数值算例验证了该方法的准确性和有效性。

八角格子光子晶体光纤模式和色散特性研究

文章基于带有各向异性完全匹配层(PML)吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式和色散特性进行了研究。利用有效面积法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的基模和多模截止特性,得到非限制模、基模及多模的相图。比较发现,填充率和空气孔间距相同时,O-PCF的单模运转区域宽于H-PCF,更易用于色散补偿。

一种大模场光子晶体光纤的传输特性分析

编程实现用于分析光子晶体光纤的频域有限差分法,数值模拟分析了典型的商用大模场光子晶体光纤(LMA-20型)的传输特性,包括模场分布、模场半径、截止特性、模场有效面积和数值孔径等,模拟计算结果与实际测试结果吻合很好。为商用PCF的理论分析提供了参考。

太阳电池背反镜的吸收损耗性质研究

基于频域有限差分法和入射光场在平板型和织构型非晶硅电池内的传输过程,详细分析了Ag背反镜的吸收性质。研究表明:导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收是两种电池结构Ag背反镜的主要吸收机制;在长波段,平板型电池结构的导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收均较弱,其Ag背反镜的吸收很小(小于3%),而织构型电池结构可产生较强的导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收,其Ag背反镜的吸收较大(某些特殊波长的吸收达50%);织构型电池结构可有效拓展入射光单程通过有源层被完全吸收的波长范围。

非晶硅太阳电池用Ag背反镜的吸收损耗

利用频域有限差分法,分析了两种典型非晶硅电池结构的Ag背反镜的吸收损耗。研究表明:平板型非晶硅电池Ag背反镜的损耗主要是由银材料的本征吸收和非晶硅有源层导模共振效应引起,而表面等离子体共振吸收使TM模的吸收峰峰值大于TE模的吸收峰峰值;织构型的非晶硅电池内部光场分布复杂,可在光垂直入射情况下,使TE模和TM模均在有源层中出现较强的导模共振效应,且TM模还可在Ag背反镜中激励起等离子体共振效应,从而使织构型非晶硅电池Ag背反镜的吸收谱表现为多峰值特性,且其吸收峰的峰值大于平板型非晶硅电池的吸收峰峰值。

类蜂巢晶格结构PCF损耗特性的研究

介绍了类蜂巢晶格结构的光子晶体光纤(PCF),利用频域有限差分法分析了光纤损耗随结构参数改变的变化情况。采用平面波法计算了拉制的类蜂巢晶格结构PCF的带隙结构和模场分布,结果表明该光纤能以基模形式传输光束,对光具有较强的束缚能力。