一种截断Cole-Cole色散媒质CPML的FDTD方案

近年来,基于帕德(Padé)近似法,一种面向一般Cole-Cole色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案被提出.为了应用该方案处理实际的电磁问题,发展了一种对应的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界.该吸收边界具有复杂度低的优势,便于问题空间和吸收边界的统一处理.通过一维、三维2个算例,初步证实了该边界的良好吸收效果.     

应用改进的ADI-FDTD方法对微带结构进行数值仿真

为了改进微波电路设计的数值仿真方法，在各向异性媒质条件下，将交替方向隐式算法用于时域有限差分方法，直接求解时域麦克斯韦方程，把二阶色散Lorentz媒质吸收边界条件推广到单轴各向异性情形、验证了色散媒质吸收边界的吸收效果比Mur和完全匹配层吸收边界更有效．通过对低通滤波器、贴片天线、线谐振器和螺旋电感等典型微带结构的数值仿真，验证了新提出方法的有效性．     

卷积完全匹配层截断三维金属圆柱波导的应用

讨论在直角坐标系下用卷积完全匹配层(CPML)截断圆柱波导开放边界的模型, 给出了CPML的构造参数. 计算了不同频率和模式激励源作用下CPML反射引起的相对误差, 数值结果表明, 最大相对误差都小于-70 dB, 能够满足模拟计算的要求.      

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

时域有限差分法通用可视化计算的面向对象设计

运用面向对象方法设计了时域有限关分法可视化计算的通用软件，通过将网格处的媒质参数抽象成单独的类，与迭代过程分离，使得该程序广泛适用于各种计算模型，解决了传统的结构化程序只针对特定问题的局限，针对色散问题差分格式的特殊性，详细介绍了色散媒质参数的处理过程，还讨论了用一般媒质来实现理想匹配层吸收边界条件的方法，计算结果用DirectX可实现实时灰度图的显示。     

弹性波时域仿真的两个问题

为了解决医学超声探测的动态计算机仿真问题，将计算电磁学的时域有限差分(FDTD)方法应用于弹性机械波的模拟．建立了模拟弹性波时的有限差分模型，给出了弹性媒质运动学方程的FDTD离散形式，提出了复杂媒质边界的处理方法，用完全匹配层吸收边界截断计算区域．数值实验验证了上述模型和计算方法的有效性．     

等离子体涂覆导弹的电磁散射特性分析

研究了涂覆导弹的隐身特性,分析了等离子参数选取对隐身特性的影响。利用媒质参数〖AKε～D〗(ω)的Debye方程与时域场量间的关系式,将移位算子法应用到色散媒质中的FDTD计算当中,对麦克斯韦方程作了修改,并给出了色散媒质中与频率有关的FDTD表达式。通过仿真并与其它方法结果相比较,验证了该算法计算色散媒质散射特性的有效性,表明等离子体对减小目标RCS具有显著效果。     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体－多孔媒质界面特性及多媒体质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒体质传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性。     

Z变换应用于色散媒质FDTD计算的研究

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,仅通过一次运算就可得到系统的宽频带信息,因此被广泛应用于求解电磁场问题．但在使用FDTD计算和仿真电磁波在色散媒质中传播特性的时候,由于介电参数的复杂性,往往给计算带来一些困难,因此将Z变换理论应用到色散媒质中的FDTD计算当中,对麦克斯韦方程做了修改,使得FDTD计算式独立于色散媒质函数,并给出色散媒质中与频率有关的FDTD表达式,仿真了二维情况下电磁波在自由空间和色散媒质中的传播．此方法具有计算量小、实现简单等优点．     

使用Z变换FDTD法计算仿真色散媒质中电磁场

在使用FDTD法计算仿真电磁波在复杂色散媒质中的传播时，由于介电参数的复杂性往往给实现带来很大的困难，因此有必要对常规的Maxwell方程做出修改，使得FDTD迭代式能更独立于媒质函数，有利于程序通用化；基于此使用Z变换法把FDTD法应用到复杂色散媒质电磁场计算中；最后给出了一维情况下的仿真图．使用上述z变换法可以简便对于色散媒质FDTD法计算和编程．     

有耗色散地质介质中电磁波传播特性的FDTD计算分析

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。     

几类常见媒质电磁散射问题的统一描述

工程实践中,经常遇到线性或非线性媒质、各向同性或各向异性媒质、色散或非色散媒质、无耗或有耗媒质、无磁或有磁媒质以及导体或介质等几类不同目标的电磁散射问题,却尚未形成统一的理论描述。尝试利用体等效原理,由麦克斯韦方程组导出了这几类问题的一般形式,通过设定一些特定参数,即可得到前述的具体问题,以期为该领域的应用研究奠定理论基础。几个散射算例初步证实了本文理论框架的普适性。     

手征媒质的二色性和旋波性

研究手征媒质中平面波的传播，给出色散关系，结果表明手征媒质具有二色性和电磁旋波性。     

基于Z变换法对双负媒质传播散射的FDTD分析

文章研究了分析双负媒质电磁散射规律的一种方法,双负媒质是介电系数和磁导系数均为负值的介质材料.引入色散Drude模型后,本构关系在时域成为卷积关系,因此将Z变换理论应用到双负媒质中的时域有限差分(FDTD)中,使FDTD可计算双负媒质中电磁波的散射和传播.该文对麦克斯韦方程做了修改,并给出双负媒质中介电系数和磁导系数均为频率函数的FDTD表达式.最后,数值仿真了电磁波与双负媒质平板的相互作用;计算了覆盖了双负媒质金属柱的电磁散射,探讨了双负媒质在隐身技术方面的应用前景.     

手征负折射媒质对称平板波导的色散特性

根据麦克斯韦方程组以及手征媒质的本构关系, 研究了手征负折射平板波导的色散特性. 通过引入归一化频率、归一化传播常数, 得到了用归一化参数表示的手征负折射平板波导的色散方程. 数值计算结果表明, 手征参数对平板波导的色散特性影响很大. 当相对手征参数约为0.047 7 时, 左旋极化波零阶模消失; 当相对手征参数大于1, 即为手征负折射媒质时, 存在零阶模. 此外, 还比较了手征负折射媒质平板波导和一般手征媒质平板波导的色散曲线变化趋势.     

包含多孔媒质的柱状复合结构中轴对称声导波

利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件，导出了包含多孔媒质的柱状复合结构中轴对称声导波的广义色散方程，考察了流体和多孔媒质界面状况及多孔媒质中慢纵波对轴对称声导波色散特性的影响．数值计算了包含多孔媒质的柱状复合结构中低阶轴对称声导波模式相速度与多孔媒质层的孔隙度和厚度之间的关系     

N阶色散媒质的瞬态传播特性

本文结合Ｚ－变换对常规的时域有限差分法（ＦＤＴＤ）进行了修正，建立了一种新的Ｎ阶色散媒质瞬态特性的时域分析方法，使ＦＤＴＤ能分析和处理与频率有关的电磁场问题，具有方法简洁、易实现等优点，为验证此方法的有效性和可靠性，对Ｎ阶色散媒质的反射系数进行了分析与计算，并与解析结果进行了比较，证明了方法的正确性，同时，采用此时域方法对瞬变电磁波在Ｎ阶色散媒质中的诚传播特性进行了分析和讨论。     

色散媒质中使用Z变换的FDTD法

本文将Ｚ变换理论应用到时域有限差分（ＦＤＴＤ）法中,建立了色散媒质中与频率有关的ＦＤＴＤ法的迭代公式。文中计算了高斯脉冲平面波垂直入射到一个三维Ｄｅｂｙｅ型色散球体的内场分布,并与理论分析结果进行了比较,结果表明本文方法是切实可行的,从而为色散媒质中电磁场问题的研究提供了一种简便有效的数值计算方法。     

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

该文研究了在时间上采用2阶差分、空间上采用4阶差分的高阶FDTD(2，4)数值方法，推导出其三维差分公式，并详细分析了其数值色散特性．另外，将PML吸收边界有效地应用于微带天线的计算，并与传统FDTD(2，2)数值结果进行了对比．结果证明高阶FDTD(2，4)算法能够有效减小数值色散和相速误差，而且可以降低对计算机内存的要求，减小计算量，适用的计算频段更高．     

修正的卷积完全匹配层技术

复频移的卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)与时域有限差分(finitedifference time-domain,FDTD)算法递推公式之间存在数值计算时间不同步的问题,诸多算例结果表明CPML的吸波效果并没有达到一些具有相同二阶精度的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)的吸波效果。文章采用时间平均近似方法对CPML进行了修正,使其吸波性能与其他具有相同数值计算精度的PML的吸波性能相当;通过2个具有代表性的算例,验证了方法的有效性。该方法思路简单、清晰,只需在传统的CPML代码基础上进行简单的修改,计算时间大大缩减,该方法对于CPML在FDTD算法中的高效应用具有一定的意义。