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FDTD(2,4)算法的数值色散特性及其在微带天线中的应用研究

时域有限差分法(FDTD)是目前电磁场领域内最活跃的数值计算方法之一,其适应性强,一次计算就可得到宽频带响应,适合模拟各种复杂电磁结构,在平面电路和天线等领域已得到关注[1,2].随着通信系统射频部件工作频率的升高,要求天线尺寸越来越小,而它所工作的平台相对其来说变成电大尺寸的物体.这些问题的计算需耗费很大的计算机资源及很长的运行时间.数值色散是影响FDTD法模拟电磁现象精确度的重要因素,直接关系到计算所需时间及对某类具体对象模拟的可行性.数值色散的影响可以通过减小离散化过程所取时间和空间步长而无限减小,但这意味着计算网格空间数目的增加,因而相应地增加了对计算机存储空间和计算时间的要求.为了减小数值色散,许多学者作了大量研究工作,其中最有效的方法之一就是采用高阶FDTD算法[3,4],即把Maxwell旋度方程转化为差分方程时,在空间上采用四阶差分,而时间上仍为二阶差分,将其表示为FDTD(2,4).相应地,将Yee氏具有二阶精...  (本文共4页) 阅读全文>>

《科技通报》2008年04期
科技通报

减缩旋转体时域有限差分法

0引言时域有限差分法(the finite-difference time-do-main method,FDTD)已成为目前电磁仿真领域最重要的计算方法之一[1,2],节约存储量是FDTD的一个重要的发展方向。减缩时域有限差分法(reduced finite-difference time-domainmethod,R-FDTD)[3-8]和旋转体时域有限差分法(body-of-revolution finite-difference time-domain第第第44期method,BOR-FDTD)[9-11]是两种高效节约存储量的FDTD算法,其中R-FDTD可节约近1/3的存储量,BOR-FDTD适用于电磁波与旋转对称目标体相互作用的问题,可把三维问题简化为二维问题并且只需分析半个目标体结构,极大地节约了存储量和计算时间。可以预期,若能把R-FDTD和BOR-FDTD结合起来,将进一步大幅度地削减存储量,但目前这方面的工...  (本文共4页) 阅读全文>>

《系统仿真学报》2007年04期
系统仿真学报

旋转体波动方程时域有限差分法

引言1在科学研究和工程技术中,经常需要定量分析电磁波与旋转对称目标体的相互作用。使用较多的方法有标量衍射法、耦合波法、有限元法、边界积分法和旋转体时域有限差分法(BOR FDTD)[1-2],其中旋转体时域有限差分法因具有以下优点而引起了人们日益增加的关注:把三维问题转化为二维问题并且只需分析半个目标体结构,极大的节省了存储量和计算时间。然而从时域有限差分法的发展历程来看,时域有限差分法从来就是沿着两条主线发展的,一条主线是在时域求解麦克斯韦旋度方程,沿这条主线发展的就是通常所说的时域有限差分法(FDTD)[3-5],另一条主线是在时域求解波动方程,沿这条主线发展的就是通常所说的波动方程时域有限差分法(WE FDTD)[6-10]。目前的旋转体时域有限差分法其实只是时域有限差分法沿第一条主线的发展,沿第二条主线的发展,即旋转体波动方程时域有限差分法(BOR WE FDTD),迄今还未见文献报道。因此很有必要开展对旋转体波动方程时...  (本文共3页) 阅读全文>>

华北电力大学(河北)
华北电力大学(河北)

细薄结构的时域有限差分法在电磁屏蔽中的应用研究

研究屏蔽体在电磁场作用下的电磁耦合机理以分析其屏蔽效能具有很高的理论意义和实用价值。本文针对薄壁含窗腔体和金属笼的电磁屏蔽问题,结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”(50325723)和高等学校博士学科点专项科研基金资助课题“变电站保护小室电磁屏蔽效能的研究”(20020079003),主要研究了分析薄壁含窗腔体和金属笼屏蔽效能的时域有限差分算法。通过与测量结果、其他文献或解析法的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性和实用性。本文取得的主要创新成果如下:1.提出了基于时域有限差分算法的计算无限大导体和介质薄片电磁屏蔽效能的电磁场数值计算方法。推导出腔体棱角处电磁场分量的时域有限差分法迭代格式,进而提出了基于时域有限差分法的计算薄壁含窗腔体屏蔽效能的电磁场数值计算方法。通过与解析法的计算结果以及测量结果进行比较,验证了本文算法的正确性和有效性。2.提出了基于时域有限差分法的计算无限大多层导体和介质薄片电磁屏蔽效能...  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津职业技术师范大学
天津职业技术师范大学

局部一维时域有限差分法研究

时域有限差分法(FDTD)是目前计算电磁学中已日趋完善并经常使用的数值方法。本文在叙述了传统FDTD方法的基本原理之后介绍了一种由其发展而来的具有无条件稳定性的FDTD方法—局部一维时域有限差分法(LOD-FDTD)。本文首先介绍了在时域上对麦克斯韦方程组进行差分离散处理的具体过程,从数值解的稳定性出发,讨论了空间和时间离散间隔的选择准则以及由差分离散所引起的数值色散和数值各向异性特性。然后,给出了在有限FDTD区域上模拟开域电磁过程所需的吸收边界条件以及从近区场到远区场的基于惠更斯(Huygens)原理的变换方法。最后,推导了LOD-FDTD算法的基本迭代公式,证明了该算法的稳定性,通过二维谐振腔算例验证了此算法的正确性。给出了适用于该算法的一阶Mur吸收边界条件和LOD-PML吸收边界条件,并通过算例计算了两者的反射误差。  (本文共66页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京邮电大学
南京邮电大学

太赫兹成像理论及时域有限差分法在其中的应用

太赫兹技术日益被人们所重视,它的各种特性使得它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯,尤其是卫星通讯和军用雷达等方面有着巨大的科学价值和广阔的应用前景。在这其中,成像又是一个重要的应用方面。而与之相关的,电磁逆散射问题也愈加重要。但由于测量数据只能从有限区域获取,电磁逆散射是一类富有挑战的不适定问题,非线性和病态性是其中的两个主要困难。发展至今,尚未形成一套通用的解决方案.常用的做法是采用线性化近似结合迭代法处理非线性问题,借助正则化技术抑制病态特性。在本文中,首先对时域有限差分法的基本理论进行学习,包括数值色散、数值稳定性以及各种边界条件。然后,针对逆问题的非线性和病态性问题,本文中介绍了Born近似法和Rytov近似法来解决非线性,以及Tikhonov正则化来抑制问题的病态性。最后,本文中提出一种方法,将时域有限差分法使用在GNI方法中,利用时域有限差分法解决在电磁逆散射问题中的正问题,求解出来的时域总场可以...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>