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．     

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.     

基于Z变换在平板透镜成像中的FDTD分析

文章研究了分析双负媒质平板成像规律的一种方法,双负介质的介电系数和磁导系数均为频率的函数,使本构关系在时域成为卷积关系,这就给应用时域有限差分(FDTD)方法计算双负媒质平板中波的散射和传播带来困难;因此将Z变换理论应用到双负媒质中的FDTD计算当中,对麦克斯韦方程做了修改,使得FDTD计算式独立于双负媒质函数,并给出双负媒质中与频率有关的FDTD表达式;数值仿真了电磁波与双负媒质平板的相互作用,详细讨论了双负媒质平板透镜成像理论,并提出了一种球差更小的平板透镜系统.     

改进的高阶FDTD方法在散射问题中的应用

对Maxwell方程进行了变形,变形后的方程将所考查的媒质空间的特性集中反映在2个本构关系式中,大大简化了FDTD方法实现的难度。为了提高精度,推导了变形后麦氏方程的高阶FDTD差分格式,实现了高阶FDTD(HO-FDTD)的理想匹配层(PML)吸收边界条件,并对介质目标的雷达散射截面(RCS)进行了数值计算,计算结果表明,该方法具有很高的计算精度和计算效率。     

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。     

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.     

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     

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。     

Davidson-Cole色散媒质的CPML吸收边界

为了应用时域有限差分(FDTD)法处理Davidson-Cole色散媒质的电磁问题,将已应用于常规媒质(非色散媒质)的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界加以改进。改进后的CPML吸收边界具有实现复杂度低的优势。两个算例初步证实了该边界的良好吸收效果。     

亚波长孔阵透射增强特性的FDTD数值仿真

 推导出了一种基于有损耗的Drude色散媒质模型的三维时域有限差分法（FDTD）.用该方法对金属亚波长圆形周期孔阵的透射增强特性进行了研究.数值仿真计算了金属板厚度、孔的大小、基底介质、孔中填充不同折射率的介质和孔阵的周期等对孔阵透射率的影响.数值计算结果表明,亚波长孔阵的透射系数随孔的变大而增大,随孔阵周期的变大而减小,在金属前后介质匹配时最大,孔中填充高折射率的介质可以增强透射能力.     

用FDTD方法分析涂敷目标的散射

应用时域有限差分方法(FDTD)分析涂敷了吸收材料的一种突防弹头的雷达散射截面(RCS)。计算结果显示在目标的特定部位进行吸收材料涂敷可以显著地降低目标的RCS。     

金属材料复介电常数在电磁波时域有限差分方法中的实现方法

由于金属材料的介电常数为复数,直接利用时域有限差分方法(FDTD)处理金属材料电磁波问题时,会导致计算结果的发散及不稳定问题.本文采用各向同性有损耗金属材料介电常数的Drude色散模型,利用电位移矢量作为辅助中间变量,推导出了各向同性色散金属材料的辅助差分FDTD迭代公式.利用该辅助迭代公式计算了金属Au光栅与平面电磁波的相互作用,结果表明该方法解决了数值计算中的不稳定问题,模拟效果较好.     

FDTD modeling of transient scattering by subsurface targets

In this paper, a two-dimensional (2-D) finitedifference time-domain method (FDTD) scheme is used to simulate the transient scattering characteristics of buried objects, which are modeled by columns of arbitrary permittivities, conductivities, and sizes. The FDTD soil is modeled by isotropic, homogeneous and lossy media. The standing-traveling wave boundary condition (STWBC) that can simplify calculation and save CPU storage is used for modeling physical absorbers inside the FDTD computational dornairL Reflection of electromagnetic pulses incident on a layered medium and transient scattering by the ground and an underground airsqu are cylinder are computed. These results verify the validity of the FDTD scheme by comparisons with those shown in some references. Numerical results presented in the final part of this paper are desirable and meaningful, explicitly distinguishing echo waves stemming from the ground and the buried ohjects.     

山字形脊波导截止特性的FDTD分析

提出用时域有限差分(FDTD)法分析山字形脊波导的截止特性,给出了真空条件下山字形脊波导主模的截止特性,并与其他方法的计算结果进行对比;分析部分各向同性线性均匀介质填充山字形脊波导时主模的截止波长,给出了主模截止波长在介质参数εr变化时对主模截止波长的影响;分析比较了山字形脊波导填充不同介质时的截止特性.     

等离子体包覆目标的RCS计算

采用直接FDTD方法对雷达波在等离子体包覆目标附近的总场和散射场分布进行了仿真。通过远-近场变换计算了远场电场和不同等离子体分布情况下的目标雷达散射截面RCS值。仿真结果表明,采用等离子包覆的方法可以有效地降低目标的RCS值。等离子体密度和厚度对目标RCS的影响较大,等离子体碰撞频率对目标RCS有一定的影响。