减缩时域有限差分法在电磁干扰预测中的应用

对减缩时域有限差分(R-FDTD)法进行了改进，采用传统时域有限差分(FDTD)法计算导体和源网格处的电场，其余网格处的电场采用R-FDTD法计算．细导线附近网格上的磁场也采用传统FDTD法计算，这样可以消除直接利用R-FDTD法计算时长时间迭代后出现的不稳定性．用这种改进的R-FDTD方法分别对一个在导体壁上开有水平和垂直缝隙的矩形屏蔽外壳的电磁干扰进行了预测，得到了屏蔽外壳激励源的输出功率曲线和屏蔽外壳的泄漏功率曲线，所得的计算结果与文献报道的实验数据吻合．     

PDP放电特性二维流体数值模拟的加速方法

针对PDP气体放电的流体模型,采用指数方法(Scharfetter-Gummel)和电场半隐格式对新型荫罩式PDP显示单元结构的放电过程进行数值模拟.研究时间步长和空间网格大小的变化对模拟结果的影响和对计算速度的改进,结果表明利用半隐格式求解电场可以大大提高时间步长,同时可以在电场变化不显著的方向上粗分网格,从而达到既保证计算精度又提高计算速度的目的.针对新型荫罩式PDP显示单元结构的实例计算结果表明,使用半隐格式求解电场可使计算速度提高80倍左右.同时根据放电单元的结构和放电空间的电场分布,在电场变化不显著的方向粗分网格从5 μm增大到20 μm,可使计算时间比原来减少80%左右.     

一种新的FDTD差分网格

提出了一种新的时域有限差分法(FDTD)差分网格,使电场各分量位于网格的顶点,磁场各分量位于网格的中心.导出了基于新网格的FDTD迭代公式,讨论了新网格对FDTD基本理论的影响.新网格的优点在于:更新某一分量时,用到了其周围更多的信息,使计算精度得到提高.数值实验证明新网格对提高计算精度是有效的.     

不同网格长度对FDTD分析计算的影响

时域有限差分(FDTD)法作为一种数值计算方法,在对电磁问题分析时存在不可避免的问题.着重分析了不同网格长度对FDTD分析电磁问题结果的影响,简明扼要地阐述了FDTD数值稳定性条件和数值色散问题中的空间步长和时间步长的关系,通过实验说明在FDTD计算中确定网格长度的依据,即网格长度应满足一定的条件Δ<λ/10,同时还要考虑到时间步长Δt的取值来保证FDTD计算的稳定性.     

MLC-FDTD在波导带通滤波器设计中的应用

应用改进的局部共形网格FDTD技术(MLC-FDTD)分析了矩形波导带通滤波器.MLC-FDTD解决了局部共形网格技术的不稳定性因素,部分修改电场的更新迭代方程,以提高计算精度.在同样网格数的情况下,采用共形网格技术的计算结果比传统FDTD的结果具有更高的精度,说明在分析具有圆形或者环形边界的电磁结构时,采用局部共形网格技术能够得到更好的结果.     

TSF算法及其在机箱屏蔽效应分析中的应用

介绍了时域有限差分（FDTD）方法的基本原理，提出了基于环路法（CP）的三维细孔缝仿真算法（TSF）。用细化网格的FDTD和用亚网格的TSF两种算法，分别对相同的细孔缝模型进行了仿真计算。结果表明亚网格TSF算法与细化网格的FDTD算法无论是在时域还是在频域上的仿真计算结果都吻合得很好，而且应用亚网格TSF沿算法可以极大的缩短计算时间。最后利用TSF算法对屏蔽机箱进行数值仿真，得到了屏蔽机箱开孔3m远处的电场频域曲线。     

自适应大时间步长格式在一维浅水方程中应用

针对一维浅水方程提出了一种自适应大时间步长格式,具有较高计算精度和计算效率。在本格式中,依据波头与波尾传播速度差的绝对值,确定稀疏波近似波数。当波头与波尾速度相近时,稀疏波采用双波近似,以提高计算效率;当波头与波尾速度差距较大时,稀疏波采用十波近似,以获得较高计算精度。同时通过数值结果对比发现随机选取法（random choice method,RCM）可以有效抑制平台区域的震荡,但随着courant friedrichs lewy（CFL）数和时间的增加,RCM对间断处短波震荡抑制效果逐渐减弱。     

高速IC芯片内互连线频变参数的有效提取方法

采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)精确计算了高速集成电路芯片内互连线的频变等效电路参数.有耗吸收边界条件和非均匀渐变网格技术的提出和应用减少了空间网格的数目,用时间序列预测的方法来预测时域信号或提取传输线频域参数大大减少了FDTD模拟时间,明显提高了计算效率.传输线特性的计算考虑了导体和硅基片损耗,计算结果与其他方法及测量结果比较,一致性较好     

基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法

提出一种基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法.该算法通过建立三角网格动态空间索引结构,快速准确获取局部型面参考数据并计算型面曲率.对曲率较大区域进行细分,对较平坦区域只进行网格顶点重定位,不进行面片分裂,实现三角网格的自适应细分.实例证明该算法可提高模型的光顺性与细分效率,以相对较少的面片准确表达模型型面特征信息.     

提高汽车碰撞仿真计算效率的网格规模控制方法

从网格规模控制角度,提出了提高仿真计算效率的徐变区域网格划分方法,并详细描述了3种徐变区域的网格划分步骤及其在整车模型不同零件上的应用;建立了以机器性能、单元总数、仿真时间、最小时间步长和接触搜索因子为变量的CPU计算时间控制方程,以合理布置徐变区域,控制模型网格规模,减少模型计算时间;通过正碰仿真试验,验证了徐变区域网格划分和CPU计算时间控制相结合进行整车模型网格规模控制可保证计算精度,同时能够提高计算效率,并证明了该方法的可行性.     

输电线雷击过电压波辐射场模型及数值分析

采用时域有限差分法（FDTD）方法研究了远离雷击通道的雷击输电线产生的辐射场．建立了输电线的数值计算模型，推导出了输电线的FDTD计算格式；对雷电激励源的加入作了详细讨论；最后分别仿真计算了雷击自由空间的单根导线和实际的三相高压输电线后，雷电过电压波沿线传播过程中在输电线周围产生的瞬态辐射场．计算结果表明：线路上的雷电过电压波引起的瞬态辐射场对环境的影响是明显的，瞬态辐射场中的高频分量可能对沿线附近的通讯设施和电气电子设备产生干扰或破坏作用．     

探地雷达探测岩溶灾害的研究

为了寻求解决煤矿水害事故的办法,以电磁场和电磁波传播理论为基础,首先研究了电磁场的时域有限差分法计算方法,推导出了二维的时域有限差分方程和网格空间步长、时间步长所满足的关系式,得出了在完全匹配层吸收层的网格差分格式。然后建立了探地雷达二维正演模型,数值求解合成了雷达记录剖面。在雷达剖面图中可以清晰看到异常体的反射曲线,直观地了解岩溶雷达反射剖面特征,有利于在实际探测中提高解释精度。     

空间分辨率对上行先导起始过程数值模拟的影响

建筑物上能否触发上行先导是判断其能否被闪电击中的一个重要标准.利用三维变网格有限差分法,建立了三维电场计算模型和上行先导始发模型,讨论了网格大小(即空间分辨率粗细)对电场计算的影响.进而研究了在上行先导始发过程数值模拟中,常用的4种先导始发判据在不同空间分辨率下的适用性.结果表明:使用介质击穿模型和临界半径准则判定先导...     

PML在FDTD法计算地闪回击辐射场中的应用

为了计算地闪回击电流辐射场,采用时域有限差分(FDTD)法在二维柱坐标系下计算,选用柱坐标系下的完全匹配层(PML)吸收边界条件截断计算域.将计算结果分别与采用一阶Mur吸收边界条件得到的结果和采用Cooray-Rubinstein法得到精确的辐射场进行比较.比较结果表明:PML吸收边界条件的吸收效果优于一阶Mur吸收边界条件;与一阶Mur吸收边界条件相比,在计算结果达到同样精确的条件下,减小了计算域,缩短了计算时间.     

非平行多导体传输线串扰的快速时域分析算法

基于高阶FDTD(2,4)方法(时域有限差分方法)和传输线方程研究一种高效的时域混合算法,实现非平行多导体传输线串扰的快速计算.首先,将非平行多导线按照时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)网格分解成多段相对独立的传输线段.然后,采用传输线方程,构建各段多导线的串扰模型.由于传输线方程的精度取决于非平行多导线的单位长度分布参数,因此,根据平行多导线单位长度分布参数经验公式,推导了适用于非平行多导线的单位长度分布参数计算公式.最后,采用高阶FDTD(2,4)的大空间步长对传输线方程进行差分离散,从而在不影响计算精度的前提下,大幅减少迭代网格数,提高了计算效率.通过理想导电板上非平行多导线不交叉和交叉两种情况下的串扰仿真,与商用电磁仿真软件CST的计算结果和耗用时间进行对比,验证了时域混合算法的正确性和高效性.     

抗雷电过压影响的电容式接地网设计

接地网一直是电力建设中不可缺少的一部分，同时也是现代防雷及接地研究的重点.接地网的均压效果直接关系到接触电压和跨步电压对人身及设备安全的影响.利用电容的充放电特性，提出了在接地网上连接电容器以构建电容式接地网的设计方案.通过ATP-EMTP电磁仿真软件建立仿真电路模型，并在不同的电容值下测量接地网地电位的幅值及电位陡度.实验结果表明电容式接地网对地电位幅值陡度的降低具有很好的效果，该方法在降低雷击对地表以上电气设备的损坏，以及提高工作人员的安全系数方面具有一定的参考价值.     

土壤非线性电离对单根水平接地体冲击特性参数的影响研究

土壤非线性电离效应是影响接地体散流能力的重要因素。为了研究冲击电流作用下土壤非线性电离对接地体泄流能力的影响规律,以单根水平接地体为研究对象,采用三维时域有限差分(3-D FDTD)数值分析方法,基于L-D(Liew and Darveniza)提出的土壤非线性电离效应模型;根据电磁场理论,建立了水平接地体仿真模型,然后从暂态冲击接地电阻、最大暂态地电位升(GPR)和电导率分布等接地体特性参数角度来研究水平接地体冲击散流的物理过程。研究表明:1雷电流在接地体及其周围土壤的散流是复杂的电磁暂态过程,接地体的散流极不均匀;2土壤非线性电离效应减小暂态冲击接地电阻,而且考虑了土壤非线性电离效应的最大暂态地电位升要远远低于未考虑土壤非线性电离的情况;3接地体端部附近土壤电离区域大于中部附近电离区域,具有明显的端部效应。     

FDTD后时间步信号的外推与实现

根据一小段FDTD计算的时域信号,利用GPOF方法提取出组成该信号的各个复指数函数,通过将这些复指数函数相加构造出时域的信号函数,并利用它进行外推计算,以求得信号在后时间步的响应,这样比完全采用FDTD方法计算节省了大量的处理问题的时间。采用Visual Basic与MATLAB的MatrixVB联合编程的方法,编写了外推计算的程序,并将该程序应用到U形双频天线进一步优化设计中,使天线的模拟效率提高了3~6倍。