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完全匹配层吸收边界条件的研究 被引量:52
1
作者 王永刚 邢文军 +1 位作者 谢万学 朱兆林 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期19-24,共6页
边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目... 边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的。首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较。结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性。 展开更多
关键词 井间地震 完全匹配(pml) 吸收边界 正演模拟
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基于Z变换的高阶完全匹配层实现(英文)
2
作者 冯乃星 李建雄 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期271-276,共6页
基于拉伸坐标完全匹配层(SC-PML)公式和Z变换方法,提出以非分裂场形式来实现具有多极点的高阶完全匹配层的高效算法,来截断时域有限差分(FDTD)网格.在吸收性能方面,高阶PML同时具有传统PML和复频率偏移完全匹配层(CFS-PML)二者的优点.... 基于拉伸坐标完全匹配层(SC-PML)公式和Z变换方法,提出以非分裂场形式来实现具有多极点的高阶完全匹配层的高效算法,来截断时域有限差分(FDTD)网格.在吸收性能方面,高阶PML同时具有传统PML和复频率偏移完全匹配层(CFS-PML)二者的优点.提供的数值算例是二维TE极化电磁波与无限长且有限宽度的理想电导体(PEC)薄片的相互作用.仿真结果显示,高阶PML公式在衰减低频行波和隐失波及减少后期反射方面效果好,比传统SC-PML和复频率偏移的卷积完全匹配层(CPML)算法有更好的吸收性能. 展开更多
关键词 完全匹配(pml) 时域有限差分法(FDTD) Z变换方法
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PML-FDTD在三维柱坐标系下的实现 被引量:4
3
作者 张循利 张洪欣 +1 位作者 宋丰洪 刘津 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1549-1551,共3页
在三维复扩展柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层吸收边界条件中的时域有限差分(PML-FDTD)表达式,将FDTD推广到三维扩展柱坐标系中;为保证其求解的稳定性,给出了更为严格的时间步长计算公式,并去除了对称轴上的奇点;提出了利用... 在三维复扩展柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层吸收边界条件中的时域有限差分(PML-FDTD)表达式,将FDTD推广到三维扩展柱坐标系中;为保证其求解的稳定性,给出了更为严格的时间步长计算公式,并去除了对称轴上的奇点;提出了利用插值法对PML最外层理想金属层进行设置的方法,改善了PML的吸收性能. 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD) 完全匹配(pml) 电磁辐射
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三维柱坐标系下PML的实现及近场—远场转换 被引量:2
4
作者 张洪欣 吕英华 吕剑刚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 2003年第5期566-570,共5页
在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程组在完全匹配层(PML)吸收边界条件中的时域有限差分(FDTD)表达式并编程实现;然后用一种简便的线性插值法完成了柱坐标系下的近场—远场转换;最后利用这种方法对圆柱形单极天线的反射电压、近区辐射... 在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程组在完全匹配层(PML)吸收边界条件中的时域有限差分(FDTD)表达式并编程实现;然后用一种简便的线性插值法完成了柱坐标系下的近场—远场转换;最后利用这种方法对圆柱形单极天线的反射电压、近区辐射场和远区辐射场进行了数值计算.结果表明该方法是正确可行的,可用于圆柱型目标结构的电磁特性研究. 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD) 完全匹配(pml) 近场-远场转换 圆柱形单极天线
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Z变换法改进PML-FDTD吸收边界条件
5
作者 杨晓冬 白玉 +1 位作者 冯琳琳 李智楠 《微波学报》 CSCD 北大核心 2010年第S2期36-39,共4页
时域有限差分(FDTD)方法是计算时域电磁散射和辐射的一种简单有效的方法,被广泛应用于求解电磁场问题中,但由于计算机容量的限制,FDTD计算只能在有限区域进行,为了能模拟开域电磁过程,在计算区域的截断边界处必须给出吸收边界条件,完全... 时域有限差分(FDTD)方法是计算时域电磁散射和辐射的一种简单有效的方法,被广泛应用于求解电磁场问题中,但由于计算机容量的限制,FDTD计算只能在有限区域进行,为了能模拟开域电磁过程,在计算区域的截断边界处必须给出吸收边界条件,完全匹配层(PML)是一种行之有效的吸收边界条件。在PML中应用Z变换,和传统的引入PML的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的FDTD计算区域的虚拟物质属性,采用了特殊的处理方法;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。 展开更多
关键词 时域有限差分法(FDTD) 完全匹配(pml) Z变换
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PML在三维柱坐标系下的应用及脉冲天线数值模拟
6
作者 张洪欣 吕英华 +1 位作者 贺鹏飞 陈大庆 《遥测遥控》 2003年第1期15-19,共5页
在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层 (PML )吸收边界条件中的时域有限差分 (FDTD)表达式 ,从而把 FDTD推广到三维复柱坐标系中并编程实现。为保证求解的稳定性 ,给出了更为严格的时间步长计算公式 ,并去除了对称轴上的奇... 在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层 (PML )吸收边界条件中的时域有限差分 (FDTD)表达式 ,从而把 FDTD推广到三维复柱坐标系中并编程实现。为保证求解的稳定性 ,给出了更为严格的时间步长计算公式 ,并去除了对称轴上的奇点。提出了利用插值法对 PML最外层理想金属层进行设置的方法 ,并简化了通常处理理想金属表面电磁场的约束条件。最后给出在柱坐标系下脉冲天线的数值模拟。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD) 完全匹配(pml) 电磁场 脉冲天线
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Z变换在PML中的应用 被引量:1
7
作者 刘其凤 吴先良 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2006年第1期122-125,共4页
在完全匹配层(PML)中应用Z变换,和传统的引入PML的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的时域有限差分(FDTD)计算区域的物质属性,采用了特殊的处理方法,并可运用到标准网格或非均匀网格中;数值实验验证了这种方... 在完全匹配层(PML)中应用Z变换,和传统的引入PML的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的时域有限差分(FDTD)计算区域的物质属性,采用了特殊的处理方法,并可运用到标准网格或非均匀网格中;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD) Z变换 完全匹配(pml)
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基于矩阵指数法的双线性Z变换PML模拟FDTD地下探测与成像 被引量:1
8
作者 冯乃星 张玉贤 +2 位作者 郑宏兴 曾庆生 童美松 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第4期579-588,共10页
凭借矩阵指数技术,一套紧凑且高精度的基于双线性Z变换的复频率偏移完全匹配层(perfectly matched layer,PML)算法被提出截断时域有限差分问题,实现甚低频地下探测和甚高频地下成像的模拟.正因为采用了该技术,所提出的算法呈现为紧凑的... 凭借矩阵指数技术,一套紧凑且高精度的基于双线性Z变换的复频率偏移完全匹配层(perfectly matched layer,PML)算法被提出截断时域有限差分问题,实现甚低频地下探测和甚高频地下成像的模拟.正因为采用了该技术,所提出的算法呈现为紧凑的一阶微分矩阵格式,使得该算法能够在数学推导期间完全地避免进行卷积操作、公式重排、变量替换.再者,所提出算法不仅可以灵活地截断任意材料(因为采用了电/磁通量本构关系式),而且能够高效地衰减隐失波以及减少电磁波相互作用过程中后期的反射,从而更好地模拟开域空间问题.此外,在距离目标体更近的距离进行截断模拟时,所提出算法仍然可以维持较高的吸收性能,以至于更小的计算区域可以被采用于模拟三维地下探测与成像问题,从而节省了大量的内存和计算时间.最后,地下探测与成像问题被应用到阐述所提出算法的有效性和精度. 展开更多
关键词 时域有限差分方法 完全匹配(pml) 矩阵指数法 Z变换方法 地下探测与成像
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高阶精度交错网格有限差分法正演模拟及完全匹配层吸收边界 被引量:1
9
作者 谢圣朝 谢久安 唐铁生 《中国石油和化工标准与质量》 2014年第10期263-263,共1页
波动方程描述了波的传播过程,其非线性特征使得求解过程极为复杂且计算量很大。通过数值模拟刻画波场传播十分重要。常见数值模拟方法有两类,分别是基于射线的方法和基于波动方程的方法。有限差分正演模拟是基于波动方程的正演方法。本... 波动方程描述了波的传播过程,其非线性特征使得求解过程极为复杂且计算量很大。通过数值模拟刻画波场传播十分重要。常见数值模拟方法有两类,分别是基于射线的方法和基于波动方程的方法。有限差分正演模拟是基于波动方程的正演方法。本文实现了高阶精度交错网格有限差分正演模拟,同时添加了完全匹配层(PML)吸收边界条件。计算结果表明,高阶精度交错网格有限差分数值模拟能有效抑制频散,PML吸收边界对边界的压制效果良好,几乎没有边界反射波。 展开更多
关键词 有限差分法 高阶精度 交错网格 完全匹配(pml)
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圆形槽波导的FDTD分析 被引量:1
10
作者 朱小康 杨鸿生 《电子器件》 CAS 2003年第1期92-94,共3页
圆形槽波导[1 ] 是一种新型的宽频带、大功率 ,低损耗和大尺寸波导结构 ,在毫米波、亚毫米波波段有重要应用前景。利用时域有限差分法 (FDTD)分析了圆形槽波导的传输特性 ,计算了圆形槽波导工作在主模TE[1 ]1 1 情况下的色散曲线和截止... 圆形槽波导[1 ] 是一种新型的宽频带、大功率 ,低损耗和大尺寸波导结构 ,在毫米波、亚毫米波波段有重要应用前景。利用时域有限差分法 (FDTD)分析了圆形槽波导的传输特性 ,计算了圆形槽波导工作在主模TE[1 ]1 1 情况下的色散曲线和截止频率 ,并与已知的理论值相比较 。 展开更多
关键词 圆形槽波导FDTD Yee氏元胞 pml完全匹配层 截止波长
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三维错格时域伪谱法在频散介质井中雷达模拟中的应用 被引量:31
11
作者 李展辉 黄清华 王彦宾 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1915-1922,共8页
数值模拟对井中雷达数据的解释有重要意义.通常采用的时域有限差分法(FDTD)在网格足够细的情况下能够精确地模拟井中雷达,但对于相对较大的模型,要得到较好的精度其所需要的时间和计算机内存都非常大.我们尝试用伪谱法来模拟三维井中雷... 数值模拟对井中雷达数据的解释有重要意义.通常采用的时域有限差分法(FDTD)在网格足够细的情况下能够精确地模拟井中雷达,但对于相对较大的模型,要得到较好的精度其所需要的时间和计算机内存都非常大.我们尝试用伪谱法来模拟三维井中雷达,其在平缓介质中达到与FDTD相同精度每个波长所需的网格要少数倍,因此在保证精度的情况下使模拟范围大大增加.常规网格伪谱法常伴有Gibbs现象,本研究通过在一个方向以两点为源和采用交错网格的方法有效解决了上述问题.对于Debye频散介质,我们应用二阶显式Runge-Kutta方法求解时间步,该法较中心差分方法更直观、更简便,且在我们考虑的介质范围内是稳定的. 展开更多
关键词 伪谱法 时域有限差分 井中雷达 完全匹配(pml) Runge—Kutta方法
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粒子模拟软件吸收边界的研究 被引量:6
12
作者 胡旻 祝大军 +2 位作者 刘大刚 周俊 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1315-1318,共4页
实现了时域有限差分法的Gedney完全匹配层吸收边界条件,并进行了数值验证和参数优化。从结果可以看出其有较低的反射,性能优良;对吸收媒质厚度和电导率分布阶数的参数优化结果与Gedney经验值基本一致。将此吸收边界模块加入到国产粒子... 实现了时域有限差分法的Gedney完全匹配层吸收边界条件,并进行了数值验证和参数优化。从结果可以看出其有较低的反射,性能优良;对吸收媒质厚度和电导率分布阶数的参数优化结果与Gedney经验值基本一致。将此吸收边界模块加入到国产粒子模拟软件CHIPIC中,同美国商业粒子模拟软件MAGIC相比有更好的吸收效果。通过对2维极坐标下磁控管的模拟,证明了此吸收边界具有实际应用价值。 展开更多
关键词 吸收边界 完全匹配(pml) PIC模拟 磁控管
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有耗色散地质介质中电磁波传播特性的FDTD计算分析 被引量:3
13
作者 郭江 曹俊兴 何晓燕 《成都理工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期96-102,共7页
介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹... 介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹配层(PML)吸收边界融入了FDTD计算格式。通过计算分析了介质色散对电磁波场传播的影响,观测到介质色散会导致电磁脉冲在传播中波形展宽、位相滞后、幅度减小。因此,电磁探测数据的处理解释应将介质的色散影响纳入考虑。 展开更多
关键词 时域有限差分法(FDTD) 色散介质 完全匹配(pml) 各向异性pml吸收边界
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全波场地震波数值模拟中的边界处理实践研究 被引量:2
14
作者 刘保童 《自动化与仪器仪表》 2014年第1期32-34,共3页
在用有限差分法或有限元法模拟无界区域中的波动时,需要对计算区域的边界做特殊处理,以消除由于把地震波的传播设定在有限区域而产生的边界反射。为了这一目的,人们研究出了多种人工边界处理方法,完全匹配层(PML)吸收边界条件就是理想... 在用有限差分法或有限元法模拟无界区域中的波动时,需要对计算区域的边界做特殊处理,以消除由于把地震波的传播设定在有限区域而产生的边界反射。为了这一目的,人们研究出了多种人工边界处理方法,完全匹配层(PML)吸收边界条件就是理想的方法之一,现已被广泛应用。本文将PML吸收边界条件应用于全波场地震波的数值模拟,数值计算实验表明,对qP波,匹配层的厚度为5个网格间距即可达到要求,而对qSV波与qSH波,为达到理想的吸收效果,匹配层的厚度应当增大,当厚度为13个网格间距时达到了理想的吸收效果。 展开更多
关键词 数值模拟 吸收边界 完全匹配(pml) 各向异性
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改进BISQ模型地震波场数值模拟中的边界处理
15
作者 周竹生 王红 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期976-984,共9页
从改进BISQ模型双相介质所对应的一阶速度—应力运动方程出发,构建2×2N阶交错网格有限差分模拟算法,为了尽可能地减小或消除数值模拟中由人工边界引起的虚假反射,建立完全匹配层(PML)吸收边界的2×2N阶交错网格有限差分算法。... 从改进BISQ模型双相介质所对应的一阶速度—应力运动方程出发,构建2×2N阶交错网格有限差分模拟算法,为了尽可能地减小或消除数值模拟中由人工边界引起的虚假反射,建立完全匹配层(PML)吸收边界的2×2N阶交错网格有限差分算法。详细地讨论了PML吸收边界条件的构建及其有限差分算法的实现。通过MATLAB编程进行波场模拟,将加入PML吸收边界、常规指数衰减吸收边界及未加吸收边界的3种数值模拟结果进行对比,论证PML吸收边界能十分有效地吸收边界反射。 展开更多
关键词 改进BISQ模型 双相介质 有限差分 交错网格 完全匹配(pml)
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基于有限差分法的三维飞机RCS计算
16
作者 薛晓春 张昆 《昆明理工大学学报(理工版)》 2007年第1期23-27,共5页
简单介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本理论,并与其他几种数值方法进行了比较;探讨了完全匹配层(PML)在FDTD中的设置;应用FDTD程序计算了三维介质球的双站RCS,并与文献结果对比说明该程序的有效性;在此基础上计算了简单三维飞机的RCS,... 简单介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本理论,并与其他几种数值方法进行了比较;探讨了完全匹配层(PML)在FDTD中的设置;应用FDTD程序计算了三维介质球的双站RCS,并与文献结果对比说明该程序的有效性;在此基础上计算了简单三维飞机的RCS,并对结果进行了讨论.说明该方法可以精确计算大尺寸复杂目标的RCS. 展开更多
关键词 时域有限差分法(FDTD) 完全匹配(pml) 雷达反射截面(RCS)
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起伏地表复杂地质模型的格子法声波方程正演模拟
17
作者 徐义 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期40-44,54,共6页
利用声波方程格子法,结合非规则网格完全匹配层(PML)吸收边界,对具有起伏地表、强速度对比的模型进行了正演模拟。模拟结果表明,采用依据波速改变尺度的非则网格对模型进行离散化,不仅能够精确刻画地表、反射界面,避免阶梯近似带来的数... 利用声波方程格子法,结合非规则网格完全匹配层(PML)吸收边界,对具有起伏地表、强速度对比的模型进行了正演模拟。模拟结果表明,采用依据波速改变尺度的非则网格对模型进行离散化,不仅能够精确刻画地表、反射界面,避免阶梯近似带来的数值散射现象,而且能有效克服规则网格离散化带来的空间、时间过采样问题,节省了存储空间,提高了模拟效率。非规则网格PML方法以及相应的坐标转换方法的应用,可对所关心的区域周围设置曲线吸收边界,避免了常规PML方法中处理拐角时的麻烦。 展开更多
关键词 格子法 声波方程 正演模拟 完全匹配(pml) 起伏地表 非规则网格
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煤巷地震超前探测合成记录的数值模拟方法研究 被引量:5
18
作者 武威 岳建华 +1 位作者 邓帅奇 胡博 《物探化探计算技术》 CAS CSCD 2009年第1期15-19,共5页
地震数值模拟技术是地震勘探方法研究的重要手段之一。应用地震波反射法探测技术,对巷道前方地质异常进行预报预测,可以更加有效地保证煤矿井下生产的安全。这里对弹性波动方程应用交错网格高阶有限差分技术,对巷道中的地震勘探技术进... 地震数值模拟技术是地震勘探方法研究的重要手段之一。应用地震波反射法探测技术,对巷道前方地质异常进行预报预测,可以更加有效地保证煤矿井下生产的安全。这里对弹性波动方程应用交错网格高阶有限差分技术,对巷道中的地震勘探技术进行数值模拟。采用的交错网格高阶差分技术网格频散小,PML使边界条件的处理简单而高效。通过不同的模型,模拟和研究井下地震波的传播情况,并对转换波的情况进行了对比。结果表明,该方法具有实现简单,精度高,稳定性好的特点。 展开更多
关键词 弹性波动方程 交错网格 完全匹配(pml) 边界条件 波场快照
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A study of damping factors in perfectly matched layers for the numerical simulation of seismic waves 被引量:3
19
作者 杨皓星 王红霞 《Applied Geophysics》 SCIE CSCD 2013年第1期63-70,118,共9页
When simulating seismic wave propagation in free space, it is essential to introduce absorbing boundary conditions to eliminate reflections from artificially trtmcated boundaries. In this paper, a damping factor refer... When simulating seismic wave propagation in free space, it is essential to introduce absorbing boundary conditions to eliminate reflections from artificially trtmcated boundaries. In this paper, a damping factor referred to as the Gaussian dmping factor is proposed. The Gaussian damping factor is based on the idea of perfectly matched layers (PMLs). This work presents a detailed analysis of the theoretical foundations and advantages of the Gaussian damping factor. Additionally, numerical experiments for the simulation of seismic waves are presented based on two numerical models: a homogeneous model and a multi-layer model. The results show that the proposed factor works better. The Gaussian damping factor achieves a higher Signal-to-Noise Ratio (SNR) than previously used factors when using same number of PMLs, and requires less PMLs than other methods to achieve an identical SNR. 展开更多
关键词 simulation of seismic wave perfectly matched layer pml damping factor
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二维光子晶体中电磁波的传播特性
20
作者 陈义万 杜海霞 +1 位作者 陈昭蓉 闵锐 《广西物理》 2016年第1期34-39,共6页
K.S.Yee提出的FDTD方法,在差分的过程中,引进了时间、空间的半个步长,需要对格点按半整数进行标记,而矩阵元都是按整数编号,使计算中对矩阵元编号很不方便。本文分析了FDTD差分方法的实质,全部用整数步长和整数格点的中心差分法,得到与K... K.S.Yee提出的FDTD方法,在差分的过程中,引进了时间、空间的半个步长,需要对格点按半整数进行标记,而矩阵元都是按整数编号,使计算中对矩阵元编号很不方便。本文分析了FDTD差分方法的实质,全部用整数步长和整数格点的中心差分法,得到与K.S.Yee提出的FDTD方法相同的计算效果;在中心介质区对H_z=H_(zx)+H_(zy)进行分离,用PML层中的统一公式,而令公式中σ_x=σ_y=0,σ_x~*=σ_y~*=0,自然得到中心介质区的公式,使中心介质区与PML层的公式在形式上统一起来。本文还计算了高斯型点信号源电磁波在二维均匀介质、在2×2和5×5空气洞阵列介质中的传播,发现在介质中,信号幅值下降,在空气洞中,电磁场的幅值明显上升,说明介质背景中的空气洞有增强电磁波的功能。 展开更多
关键词 有限时域差分方法FDTD 完全匹配pml 二维光子晶体
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