收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

时域有限差分方法中的高效平面波源引入

王辉  
【摘要】:时域有限差分(FDTD)方法作为解决电磁场问题的几种主要的数值方法之一,在进行电磁仿真的时候在FDTD中需要引入低噪声水平的波源,特别是在仿真弱散射问题时。在实际工程问题的研究中,常常需要用到平面波源,比如我们需要计算一个散射体的雷达散射截面(RCS),如果该散射体远离波源的话,就可以用平面波来近似波源在散射体附近产生的场。 Taflove提出的总场散射场分离(TF/SF)技术是一种在FDTD中引入波源的高效技术,它对于在FDTD中引入平面波同样有效。TF/SF的数学原理是在电磁场理论中经常以不同形式出现的场的不连续性原理和等效原理。在一定意义上,该技术在只需要重新设置散射体的情况下就可以解决很多散射问题。如果需要,由FDTD仿真得到的近区散射场可以外推得到散射体的远场散射特性。1D incident field array (IFA)是一种有效的时域方法,它在一维上与FDTD主网格同时仿真,然后利用插值、投影技术得到连接边界周围场点的入射场,通过连接边界条件在总场区引入入射场。遗憾的是,因为插值以及波源一维网格和FDTD主网格色散不匹配的问题,会产生非物理的散射波从而影响实际的散射场。针对二维问题本文提出了一种新的高效的平面波源引入方法:分裂平面波FDTD法(SP-FDTD),该方法基于分裂场思想,从根本上消除了波源一维网格和FDTD主网格之间因为色散、各向异性不一致及插值等带来的误差,使得入射场泄露到散射区的误差水平在-300dB左右。论文通过对FDTD中数值平面波特性的研究,对该方法的可行性做了理论上的证明,并推广到三维FDTD和高阶FDTD算法,同时丰富的数值算例也表明了算法的有效性。 具体研究工作包括: ●针对传统平面波引入方法的缺陷,文章通过理论分析找出了引起该缺陷的原因,并找到消除误差的方法。 ●针对二维TMz模型,本文基于分裂场思想提出了SP-FDTD方法,并通过对数值平面波特性的研究,从理论上证明了SP-FDTD方法的可行性,其有效性也通过二维情形下丰富的数值算例得到了证实。 ●通过FDTD中数值平面波的特性和分裂场思想,本文将SP-FDTD方法推广到三维FDTD和二维高阶算法M24中。数值算例也表明该方法在三维FDTD及M24算法中实现了完美的平面波引入,使得泄露误差水平在-300dB。 ●+最后论文总结分析了该算法的优势以及存在的问题,并就该技术进一步推广应用到辛算法和ADI-FDTD等方法中做了展望。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曾夏辉;范滇元;;锥形空心银波导的聚焦特性[J];物理学报;2010年09期
2 李民权;陶小俊;赵瑾;吴先良;;基于辛Runge-Kutta-Nystrom方法的雷达散射截面计算[J];物理学报;2007年04期
3 董建党;关继腾;贾元真;杨晶;;各向异性地层电磁脉冲测井响应的FDTD模拟[J];勘探地球物理进展;2008年02期
4 谢海燕;王建国;范如玉;刘以农;;外场激励下腔内屏蔽电缆响应的方法研究[J];强激光与粒子束;2009年04期
5 段梦蛟;文光俊;邵振海;谢康;;负折射率媒质雷达散射特性分析[J];强激光与粒子束;2009年06期
6 刘颖;郑宏兴;冯立营;;三维声波散射的时域仿真[J];宁夏大学学报(自然科学版);2011年02期
7 耿友林,吴信宝,焦培南;复杂电磁环境与两个人体的相互作用研究[J];电波科学学报;2000年01期
8 安治永;李应红;吴云;苏长兵;宋慧敏;;对称等离子体激励器系统电场仿真研究[J];物理学报;2007年08期
9 刘大刚;周俊;刘盛纲;;用时域有限差分法实现金属支撑杆的计算机模拟[J];物理学报;2007年12期
10 汪轶;耿友林;;双负介质的电磁特性分析[J];杭州电子科技大学学报;2008年02期
11 强则煊;邱怡申;蒋俊贞;陈曦曜;白继博;;可调谐光子晶体微环腔型光分叉复用器的设计[J];光子学报;2009年12期
12 陶冶;聂兵;黄滨;;掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导色散特性研究[J];光通信研究;2011年02期
13 赵芳芳;曹群生;胡明春;;有限大曲面频率选择表面的建模[J];计算机与数字工程;2011年04期
14 黄勇刚;范桁;王雪华;;平板光子晶体微腔缺陷模的计算[J];计算物理;2011年05期
15 黄平云;王晋国;魏俊波;;基于时域有限差分埋藏导体电磁波散射特性[J];西北大学学报(自然科学版);2007年04期
16 李媛;刘曙晖;刘皎;张晓帆;;利用Padé近似理论分析光子晶体微腔结构[J];固体电子学研究与进展;2007年04期
17 王烁;邵振海;文光俊;李世贵;谢康;;一种基于波动方程的新高阶FDTD方法[J];强激光与粒子束;2007年12期
18 邓薇;王绪本;李文超;毛立峰;;2.5D-FDTD数值算法的建立和模拟[J];地球物理学进展;2008年01期
19 郭晨;张安学;蒋延生;汪文秉;;高功率楔形介质填充天线设计[J];强激光与粒子束;2008年07期
20 陈桂东;周璧华;郭飞;;接地系统冲击响应过程的并行计算[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨守文;汪宏年;;时域有限差分在多分量感应测井中的应用[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
2 董冰岩;吴彦;李杰;;线-板式脉冲流光放电脱硫反应器电场数值计算[A];中国物理学会第十一届静电、电磁防护与电磁兼容学术年会论文集[C];2003年
3 张洪欣;吕英华;黄永明;;PML在三维柱坐标系下的应用及近场-远场转换[A];第十二届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2002年
4 孙梅;李风华;;FDTD算法在甚低频浅海声传播中的应用[A];2007年全国水声学学术会议论文集[C];2007年
5 彭菲;陈棋福;刘澜波;陈颙;;安新-宽城测深剖面的时域有限差分数值模拟[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
6 郑宏兴;郁道银;;添加各向异性参数修正ADI-FDTD算法中的数值色散[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
7 何昌委;王秉中;;用于频率选择表面设计与优化的FDTD/GA算法[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
8 刘长军;闫丽萍;黄卡玛;;微波加热中“热失控”的一维数值模拟[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第三册)[C];2006年
9 高成;周璧华;陈彬;易韵;;实壁金属屏蔽壳体上孔缝及结构尺寸对电磁脉冲屏蔽效能的影响[A];全国电磁兼容学术会议论文集[C];2001年
10 陈晓东;赵李健;;半导体材料的色散麦克斯韦方程[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡平;探地雷达数值模拟技术的应用研究[D];中国地质大学(北京);2005年
2 黄纪军;FOPEN SAR地面目标散射特性分析及检测研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 陈鹏;透地通信的电磁场仿真及其并行算法研究[D];华中科技大学;2008年
4 马弘舸;瞬态电磁脉冲的时域伪谱方法:研究、改进及应用[D];电子科技大学;2005年
5 胡继刚;曲面金属—电介质多层复合结构超分辨特性及其光刻效应研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 曹勇;金属—电介质多层复合结构负折射及超分辨特性研究[D];中国科学技术大学;2008年
7 刘肯;二维光子晶体薄板暨光逻辑器件理论研究[D];国防科学技术大学;2008年
8 刘国胜;高性能计算技术及其在电磁散射中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
9 李明宇;基于薄膜技术的光子晶体理论与器件研究[D];浙江大学;2006年
10 李毅;雷达隐身目标电磁散射计算与实验研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴镭;各向异性媒质的时域有限差分分析[D];安徽大学;2011年
2 陆勇;光子晶体光纤的基本特性研究及结构分析[D];安徽大学;2007年
3 程煜;电子系统后门耦合效应的FDTD仿真研究[D];电子科技大学;2005年
4 付强;一维和二维ADI-FDTD电磁仿真及其应用[D];四川大学;2005年
5 袁迎春;圆形槽波导振荡器的研究[D];东南大学;2006年
6 王苗庆;纳米线光学微腔与正方形光学微腔模式特性研究[D];厦门大学;2006年
7 姚靖;圆形槽波导振荡器的研究[D];东南大学;2005年
8 刘治军;高强度聚焦超声(HIFU)声场及其温度场的数值模拟[D];兰州交通大学;2009年
9 高红梅;平面电磁波与一维强碰撞弱电离等离子体的相互作用[D];大连理工大学;2008年
10 黄文武;弹性波和声波的时域仿真方法研究[D];天津大学;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978