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《江苏大学》 2010年
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等离子体电磁散射CDLT-FDTD算法及M-UPML吸收边界研究

王祎君  
【摘要】: 由于等离子体这种色散介质对电磁波的吸收在众多领域,特别是在等离子体隐身技术的应用,使得对其电磁特性的研究在近几年成为热门课题之一。目前对其电磁特性的研究方法主要有时域有限差分(FDTD)方法。而对磁化等离子材料这种复杂色散介质的电磁散射FDTD方法研究,其主要难点在于处理色散的本构关系,即要处理频域的本构关系过渡到时域的本构关系中的卷积问题。 根据拉普拉斯变换(LT)原理,提出了一种新的分析色散介质的电磁特性的时域有限差分(FDTD)算法,称之为电流密度拉普拉斯变换时域有限差分(CDLT-FDTD)算法。利用磁化等离子体介质中关于电流密度矢量与电场强度的本构方程,将其两边分别拉普拉斯变换,得到s域内的本构方程。再进行拉普拉斯逆变换将其过渡到时域,结合指数差分进行离散,得到在时域易于求解的FDTD迭代方程。这个方法的优点是:一方面,回避了处理频域的本构关系过渡到时域的本构关系中的卷积问题,使运算量大大减少,节约了内存的需求。另一方面,由于其从等离子体本构方程出发,在实际操作中,对于各个参数的控制相比介电系数更容易,因而更适合于实际工程问题的分析。 在验证该方法正确的基础上,研究非磁化与磁化等离子的电磁散射特性。通过分别改变等离子体碰撞频率、等离子体频率、等离子体回旋频率等这些等离子体参数,计算了散射目标的RCS,定性的分析了等离子体参数影响RCS的情况。 最后,把等离子体本构方程与Maxwell方程组相结合,推导了截断色散介质即磁化等离子体的修正型吸收边界(M-UPML),该方法的特点是直接把等离子体本构方程通过时频变换等效为电流密度,并通过介电系数引入到常规UPML吸收边界中,通过验证算例证明了该吸收边界理论的正确性和有效性。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O441.4

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