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电磁场时域计算技术研究与目标冲激响应特性分析

田立松  
【摘要】: 本文的研究内容是时间域电磁场数值计算方法的理论和应用问题,包括对两种有很好应用前景的方法即时域积分方程递推解法(IETD)和时域有限差分方法(FDTDL)。 在第一章概论中首先阐述了电磁场数值计算的发展和它的重要性,简单回顾了我们研究的两种时域计算方法的发展历史和成果,介绍了本文研究的主要内容。 本文第二章,首先简述了时域积分方程递推解法(IETD),然后推导了应用于旋转对称体的,能够减少计算量的IETD方法,重点阐述并应用线性系统的Z变换理论和矩阵理论研究了IETD方法中遇到的稳定性问题,从理论上证明了平滑滤波技术的有效性,指出了它对计算精度的影响,并在分析的基础上提出了新的相位修正平滑滤波方法。最后研究了利用激励的短时脉冲特性减少IETD计算量的前景。 本文第三章,首先简述了时域有限差分方法(FDTD)和它应用中的一些相关问题。接着本文用傅立叶分析的方法研究了空间差分和时间差分格式以及二者联合时的数值色散误差特性,通过对几种2阶格式的研究和比较,指出了YEE格式FDTD是2阶格式中的最佳FDTD方法。然后,将该分析方法应用到高阶FDTD的研究中,指出了构造高阶差分格式的原则和方法,并提出了一种新的电磁对称的4阶FDTD方法,研究并给出了它和其他两种电磁不对称4阶FDTD的色散特性,结果表明高阶方法具有比2阶FDTD方法小的多的数值色散误差。对电磁对称性和非对称性方法中的导体边界条件和PML吸收边界条件的数值分析表明本文提出的具有电磁对称性的方法有更好的与两种边界连接的性能。最后本文还用离散傅立叶变换方法给出了用于FDTD方法研究规则波导问题中的入射波源。 本文第四章用能量峰概念和微分参数估计的方法,在时域研究了目标脉冲响应的特性,该方法可以分解出目标上不同散射中心的散射波。从大量的实际计算中,本文展示了其中的一些计算实例。 第五章总结了本文的工作和并指出以后的深入研究方向。


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