柱坐标系下PML-FDTD及总场-散射场区连接条件

在三维柱坐系下推导了完全匹配层(PML)吸收边界条件的时域有限差分(FDTD)表达式(PML-FDTD)，从而把TDTD方法推广到完全三维柱坐标系中。电磁波的远场可以视为平面波(TEM)，在目标电 磁散射特性的研究中常常被作为激励源，给出了柱坐标系下完整的总场8散射场区的连接边界条件，从而 模拟了平面波在自由空间的传播。最后，模拟了平面波和柱面波在自由空间中的传播过程，在产生了TEM 波后,就可以方便地得到TE/TM波,从而满足对其它形式激励源的要求。     

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.     

电力设备局部放电特高频电磁波数值计算技术研究

利用时域有限差分法(FDTD),采用单轴介质完全匹配层(UPML)作为理想的吸收边界条件,比较了UPML与完全匹配层(PML)边界条件的电磁波吸收效果,推导了相应数值离散方法和迭代过程。以气体绝缘全封闭组合电器(GIS)局部放电为例,基于M语言,建立了特高频电磁波仿真模型及编制了数值计算模型,探讨了数值稳定性条件和数值色散,对比研究了硬源和软源激励以及UPML和PML边界条件下的电磁波仿真差异,并仿真计算了GIS内部和泄露电磁波的传播特性及波导模式特性。计算结果表明:UPML边界条件对于电磁波的吸收效果好于PML;金属和非金属缺陷产生的局部放电电磁波可分别用硬源和软源脉冲电流激励来模拟,硬源下电磁波峰峰值为软源下的5倍;GIS内部最大电场强度方向为垂直于GIS的行波方向,而泄露电磁波最大电场方向则平行于其行波方向,两者频谱与GIS波导模式基本吻合,两者差异主要是因盆式绝缘子与金属螺栓所形成的缝隙天线的自有频响特性所造成的。     

PML吸收边界条件下TM波的时域有限差分法分析

本文介绍了时域有限差分法的基本原理，通过场区的FDTD公式分析了PML边界及其相关参数设置的要求。最后以自由空间中TM波传播为实例，利用C语言编写了FDTD程序，并对结果进行了详细分析。     

基于柱坐标系复频移完全匹配层的随钻套管井声场有限差分模拟

将柱坐标系复频移不分裂完全匹配层(CFS-NPML)吸收边界条件应用于随钻套管井声场有限差分模拟中,分析不同环隙位置和胶结质量条件下各模式波的传播特征.结果表明:与NPML吸收边界条件相比,CFS-NPML吸收边界条件具有更好的吸收效果和更高的计算稳定性;当环隙位置不同时,套管波在随钻条件下的变化规律与电缆条件下的变化...     

可重构上下路复用器中平面波导光栅的FDTD法分析

建立了用于可重构上下路复用器(ROADM)中的平面波导光栅的基本模型,讨论了目前制备平面波导器件的主要材料及其特性.给出平面波导光栅二维时域有限差分(FDTD)法和完全匹配层(PML)边界条件的数值分析模型.对基于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的平面波导光栅进行了数值模拟,讨论分析了周期数、占空比和倾斜角变化对光栅谱特性的影响.随着光栅周期数的不断增多,其在反射波长处的透射率不断减小,谱线趋于平坦;增大占空比,反射波长向长波方向移动;增大倾斜角,将会在短波长处激励出新的模式.     

高效分裂平面波FDTD方法研究

文章针对二维TMz模提出了一种新的基于分裂场思想的FDTD平面波源高效引入方法:分裂平面波FDTD法(SP-FDTD),该方法从根本上消除了插值及相速不匹配带来的误差;通过对不同入射角度的正弦平面波源及高斯脉冲波源的泄漏测试,结果表明SP-FDTD可以实现完美的总场/散射场分离,使得泄露降至-340dB的水平;另外,SP-FDTD方法可以推广至三维及高阶FDTD情形,这也是本文所提方法的优势。     

基于时域多分辨分析方法的散射场计算

时域多分辨分析方法(MRTD)是近年来提出的一种新型电磁场算法,以往的工作将MRTD用于计算近场及腔体。本文将MRTD用于计算目标的散射问题,用完全匹配层(PML)作为边界条件,通过推导MRTD二维的近—远场公式,得到散射场的远场值,这样就可以计算目标雷达散射截面。并以无限长导体方柱为例,计算了其双站雷达散射截面,并与FDTD算法结果进行比较,可以看出MRTD可以大大的节约计算资源,而其计算准确度与文献FDTD结果吻合的很好。     

PML技术及非局部边界条件在抛物线方程中的应用

文章引入并分析了用于抛物线方程算法的 2种吸收边界条件 :PML(完全匹配层 )及非局部边界条件。通过计算实例说明其与抛物线方程算法结合 ,不仅可以处理无界空间波的传播问题 ,而且可以用于物体的散射计算 ,并进一步比较了 2种吸收边界条件各自的优缺点     

完全匹配层应用于计算散射问题

完全匹配层是一种应用于ＦＤＴＤ方法中的新型吸收边界，其作用是实现模拟自由空间中的波传播。在应用中，ＰＭＬ吸收层可以设置得与散射体非常靠近，并具有更好的吸收效果。在ＦＤＴＤ方法中应用完全匹配层计算自由空间中的散射问题可得到更为精确的结果。     

柱面光波场在垂直光轴方向的参考面上的复振幅表示

在柱坐标下从微分波动方程出发，推导柱面光波的场分布，并利用远场近似条件导出当线光源与光轴成任意角度时，在垂直光轴方向的参考面上的复振幅表示．     

波动光学应用于成像光学系统装配公差的确定

给出一种利用波动光学原理计算成像光学系统，特别是非旋转对称系统的装配公差计算方法．采用光波波面描述物面上一个点发出的光在存在装配误差的系统中的传播过程．用菲涅耳衍射公式计算自由传播部分；用薄透镜的透射比计算通过透镜时的波面变化，由此得到射向像面的成像波面；通过对成像波面分布的分析推断成像情况；依据容许的成像质量确定装配误差．以一个含两个柱面透镜的成像系统为例，导出了确定这两个柱面透镜母线不正交性公差的公式．由此说明该方法可以解决不易用几何光学方法获得解析结果的问题．     

移动通信中微小区电波传播损耗的预测模型

在自由空间电波传播损耗模型基础上,根据微小区内电波传播特点,提出了电波传播损耗的一般预测模型,其特点是用最小拐点距离D来统一反映天线高度和系统工作频率对电波传播损耗的影响,同时对电波在传播过程中经过的不同环境,分别用不同的路径衰减指数n来反映.     

矢量圆柱波函数按矢量球波函数的展开

本文详细导出了矢量波动方程的柱波函数按球波函数解展开的表达式,可用以研究具有柱对称的入射波束被球状物体的散射。     

埋地管线-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值

通过解析法和振动台试验数据对埋地管线管-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值进行研究.从一维柱面SH波波动方程出发,重新阐释Matsubara和Hoshiya推导的管-土轴向动力相互作用等效弹簧系数解析表达式,并对主要影响参数进行分析;利用埋地管线振动台试验结果对小震时(0.1g)管-土轴向动力相互作用进行分析,给出等效弹簧系数,并与解析解进行对比.分析结果表明,对于本试验条件,采用解析法计算的等效弹簧系数和试验分析结果较为接近,相对偏差约为7.4%,在一定程度上验证了解析方法的合理性,并根据工程需要,给出管和土未发生相对大位移时的等效弹簧系数取值范围:0.6G～2.0G(G为土体剪切模量).     

光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

某大堤空洞位置与弹性波中纵横波关系的数值模拟研究

以某大堤堤身空洞检测为工程背景,基于Flac3D方法,对有空洞的堤身模型堤身空洞位置与弹性波中的纵波与横波的传播关系进行计算分析．结果表明：可以通过横波的传播引起大堤表层质点振动发生延迟的水平坐标范围,判断出堤身空洞的水平位置范围;通过纵波的传播引起大堤表层质点振动发生延迟的水平坐标范围,判断出堤身空洞的深度位置范围．研究结果可为采用地震波法进行大堤空洞缺陷位置检测过程中堤身空洞缺陷位置的初步判断提供参考．     

脉冲激光线源热弹激励的圆柱表面波声场

将脉冲激光线源的热弹激励等效为一横 (S)波源的切变效应 ,导出了光激圆柱声场的积分表达式 ,采用留数理论进一步得出了圆柱表面Rayleigh波声场的表达式 ,用数值求导和快速傅立叶变换 (FFT)技术数值计算了铝圆柱Rayleigh波的瞬态位移波形 .计算结果表明 ,圆柱Rayleigh波在传播距离较小时 ,与平界面Rayleigh波相似 ,随传播距离的增加 ,由于频散加剧 ,Rayleigh波形状、相位逐渐发生变化 .     

浅析圆柱形波导

尽管矩形波导是最常见的、被人们所广泛研究的波导,但其它形状的波导也是可能存在的.本文以共轴电缆为例,研究了圆柱形波导中的TEM简谐电磁波.     

微重环境下平移圆柱贮箱液固耦合系统的动力响应研究

以一种新的方法建立了在微重力环境、横向激励下圆柱贮箱液固耦合系统的动力学方程．对耦合系统的液体子系统采用压力体积分形式的拉格朗日函数，并将速度势函数在自由液面处作波高函数的级数展开，从而导出自由液面运动学和动力学边界条件的非线性方程组，而对结构子系统则采用标准形式的拉格朗日函数（动能减去势能），用变分原理和拉格朗日方程建立耦合系统的动力学方程，最后用4阶Runge-Kutta法求解非线性方程组，得到了耦舍系统的幅频特性曲线．此方法大大减少了公式推导量，而且得到的是降阶的耦合方程组．计算发现：随着Bond数的减小，耦合系统的响应频率先增大后减小，而响应幅值逐渐增大．