基于CUDA平台的时域有限差分算法研究

文章针对传统时域有限差分(FDTD)算法的不足,以图形加速卡为核心,通过理论分析和数值模拟,研究并实现了基于CUDA平台的FDTD并行算法。CUDA是最新的可编程多线程的通用计算GPU模型,由于FDTD算法在空间上具有天然的并行性,因此非常适合在GPU上实现并行算。文章描述了在CUDA编程模型上的FDTD算法的设计以及优化过程,并通过数值仿真实验结果证明了基于GPU的并行FDTD算法可以大大减少计算时间,基于GPU加速已成为电磁场数值计算的研究热点之一。     

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．     

高性能计算机群系统电磁场并行FDTD算法设计

基于中国传媒大学高性能计算机群系统的以消息传递方式(MPI)执行的并行FDTD(电磁场时域有限差分)算法,具体描述了数据交换方法和三维方向切割时的新数据类型定义,完成N×M×P(N、M、P≥3)的并行FDTD算法研究,验证了算法的可行性和有效性,为研究电大尺寸物体的电磁仿真设计提供了现实可行的方法.     

MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

一种基于对称曲线的非均匀FDTD网格快速生成算法

模拟电磁场FDTD网格的可视化是解决电磁学问题的一种有效方法,而有效网格的自动生成算法是其中最关键的技术.为此基于对称曲线提出了一种非均匀FDTD网格的划分算法,采用此方法生成的网格不仅精确,而且快速有效,有利于提高网格计算的精确度,适用于一般的电磁场网格生成系统.     

基于XFDTD电磁环境仿真中的雷达天线建模

通过阐述研究电磁环境仿真的重要意义,尤其是电磁环境仿真中的信号仿真,应用FDTD算法对雷达信号特征进行分析。为提电磁环境模拟逼真度,以雷达天线为例,通过三维电磁仿真平台XFDTD软件,完成天线的仿真,并给出天线指定点的电磁场信息,实现了全软件的方法进行仿真模拟,将仿真出的结果进行分析,为电磁环境仿真模拟的纯软件建模提供了理论依据和支持。     

用FDTD法计算不规则截面传输线的截止频率

给出直角坐标系下用时域有限差分（FDTD）方法计算电磁场问题的差分格式，详细介绍了用FDTD法分析不规则传输线高阶模截止频率的计算过程。实例计算了矩形波导的截止频率，并与解析解进行比较；计算了几种复杂边界传输线的高阶模截止频率随内导体变化的情况，给出传输线TEl模的模场分布。该方法也可推广应用于各种复杂截面波导、复杂截面传输线传输特性的分析和计算。     

用FDTD法建模波导器件时数值色散的仿真研究

时域有限差分法(FDTD)在电磁场数值计算中占有重要的地位。但是,由于时域有限差分法只是原Maxwell旋度方程的一种近似,当在计算机的存储空间对电磁波的传播进行模拟时,即使是在非均匀介质中也会出现色散现象,且电磁波的相速度随波长、传播方向及变量离散化的情况而发生变化。受计算机存储空间和计算速度的限制及色散机理的多样性和复杂性,少有文献对此进行精确定量的数值分析。本文通过对平面光波导在不同时间步长和空间步长时光场分布的仿真,探讨了减小FDTD法数值色散的具体措施,对改进FDTD法固有缺陷和提高FDTD法计算精度具有直观的理论指导,为复杂波导器件的设计和制造提供了预测手段。     

FDTD算法的Matlab语言实现

分析了FDTD算法的基本原理及两种典型边界条件的算法特点,给出了Matlab语言编程的步骤和应注意的问题,并给出了实际的仿真结果,最后得出用Matlab语言对FDTD算法编程的几点结论.     

基于FDTD对GHZ横电磁波室工作区的场强仿真

在GHz横电磁波室内进行辐射实验时,由于电磁波在室内传播会发生反射、绕射、散射、吸收等现象,导致了很难精确地分析GHz横电磁波室内的场强。以放置在GHz横电磁波室小工作区内的玻璃箱为研究对象,利用AutoCAD 2008建立三维模型,导入基于FDTD(时域有限差分法)的XFDTD软件进行仿真,得到玻璃箱的场强分布。最后通过对比分析仿真数据与实际测量数据,证明了玻璃箱内的场强在1.8GHz、140dBμV/m的条件下是均匀电磁场,而且不均匀性不超过±2dB,达到了生物医学实验的要求。该仿真为高精度、高速度地计算室内复杂的电磁场问题提供了一种新的方法。     

基于FDTD的非线性混合电路特性分析

文章采用三维时域有限差分(FDTD)方法,对非线性混合电路进行了全波分析,不仅获得不同时刻微带电路平面的电磁场分布图,并且所获得的电压分布图与软件仿真结果高度吻合.由于FDTD是电磁场的全波模拟,所得结果比传统电路模拟精度高且可以得到高频信号激励下微带电路所在平面各个时刻时域内的场解,直接观测到场分布情况,为高频非线性混合电路的特性分析提供了有效依据,同时对研究电磁兼容等问题有重要意义.     

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。     

基于Ansoft的稀土永磁无刷直流电机的电磁场分析

以一个三相六状态两极的稀土永磁无刷直流电机作为分析模型,采用Ansoft有限元分析软件对电机电磁场进行了空载和负载两种瞬态的计算和仿真,得到了磁力线、磁通密度、磁阻力矩和反电动势曲线,并对气隙磁密和绕组电流进行了仿真分析.通过对两种工作状态的电磁场仿真结果对比分析,可以减少由于齿槽效应而产生的转矩脉动,为优化电机设计参数提供可靠依据,具有一定的工程意义.     

基于CAD技术实现汽车电磁兼容的建模和仿真

研究了一种利用CAD技术进行复杂目标的时域有限差分（FDTD）建模的方法,通过CAD技术建立起目标的几何-电磁参数描述文件,进行网格剖分后得到目标的FDTD离散化模型,最后利用此方法建立了某型汽车的FDTD离散化模型,并对其电磁兼容性问题进行了模拟仿真,所得结果验证了该方法的正确性和有效性。     

复杂电大平台天线EMC问题的并行FDTD分析

为了对复杂电大平台天线EMC（electronic—magnetic compacity,电磁兼容）问题进行分析,提出基于MPI编程环境的并行FDTD算法．通过区域分割技术将计算区域分成子区域进行计算,实现了计算资源的扩展和计算时间的缩减．天线隔离度的分析中,FDTD作为时域方法,通过傅里叶变换可快速求解,避免了扫频计算的复杂性．数值结果表明,这种方法可以对复杂电大平台天线方向图和隔离度进行准确、快速地计算．     

基于L-稳定单步多级块方法的多导体传输线时域响应分析

针对传统时域有限差分(FDTD)格式在间断解处的非物理振荡问题,将L-稳定单步多级块方法应用于多导体传输线的时域瞬态响应分析中.施加边界条件时,为避免对系统状态方程的系数矩阵反复求逆,采用更为一般的Sherman-Morrison公式,求解施加边界条件后的系数矩阵逆矩阵.分别对均匀无损多导体传输线和非均匀有损多导体传输线进行数值仿真,并与FDTD算法进行对比.结果表明,单步多级块方法可以有效地抑制数值振荡,且不受时域仿真步长的限制.     

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．     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现二维FDTD并行算法.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算.文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理.我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法.文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径.     

一种改进的时域有限方法——紧致格式FDTD算法

在传统的二维弹性固体二阶时域有限差分(FDTD)法的声场方程基础上,从空间的差分格式对其进行改进,提出了一种改进的时域有限方法——紧致格式FDTD算法,从而使计算精度和计算速度都得到提高。实验结果表明,与二阶指数差分FDTD算法相比,紧致格式FDTD算法计算精度更好,仿真时间更短,具有更高的效率。     

基于FDTD方法设计调幅射频辐照头部线圈

本文研究应用于调幅射频电磁场生物效应研究的非接触式射频线圈。首先根据射频辐照线圈的设计要求,通过时域有限差分（Finite Difference Time Domain, FDTD）方法进行电磁仿真计算分析,进而根据仿真计算结果实现辐照原型射频线圈。S参数测试和信号测试结果显示,S11参数达到了-31.41 dB且射频线圈共振在载波频率上,所实现的射频线圈符合设计要求。该射频线圈可作为核心硬件部件应用于后续的调幅射频电磁场生物效应研究中。