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．     

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．     

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。     

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．     

金属电磁带隙波导色散特性分析

建立了紧凑格式二维时域有限差分法(CFDTD)模型,利用二维网格划分计算三维传播问题,简化了计算量.提出了一种纵向均匀的中心缺陷型六角晶格金属电磁带隙波导结构.利用CFDTD仿真该金属电磁带隙波导,获得该结构的基模场分布及频率.改变纵向传播常数,得到对应的基模频率以及色散特性,计算结果表明色散特性满足电磁带隙的缩放特性.测量该波导在11～15 GHz以内的传输率, 12 GHz附近的波导波长和色散曲线,仿真结果与测量值误差在5%以内.     

用FDTD法计算部分介质填充波导的截止频率

给出用时域有限差分（FDTD）方法计算电磁场问题的差分格式，详细介绍了FDTD法分析介质填充波导截止频率的计算过程。实例计算了空心矩形波导的截止频率，并与理论值进行比较；计算了填充部分介质时矩形波导和双脊波导的截止频率，获得了三脊波导的归一化截止频率谱图，给出填充不同介质时各主模式的截止频率。     

纳米金属缝透射的FDTD边界问题研究

时域有限差分法(FDTD)可准确的模拟电磁波经任意介质的衍射与散射.本文依据时域有限差分法并引入Lorentz色散模型理论推导了适用于实际金属的时域有限差分法的迭代公式,利用积分的Maxwell方程组对实际金属边界上的电磁场进行了平均处理,保证了金属缝边界电磁场的连续性,纳米金属缝透射光强分布的数值计算结果验证了边界处理的正确性.     

非对称共面波导色散特性的时域多分辨分析

为分析非对称共面波导(ACPW)的色散特性,应用时域多分辨分析(MRTD)方法,采用完全匹配层(PML)吸收边界条件,对ACPW的特性阻抗进行计算,分析介质基片介电常数以及介质基片厚度对ACPW特性阻抗的影响,描绘ACPW特性阻抗随频率变化曲线.结果表明,该算法与传统的时域有限差分法(FDTD)具有良好的一致性,而计算时间缩短了近1/2.应用MRTD算法分析ACPW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.     

用FDTD法分析L形波导的单模带宽

用时域有限差分(FDTD)法实例计算L形波导的截止波数,并与相关文献报道的结果进行了比较,计算结果表明:FDTD法具有较高的计算精度,可以很方便地用于波导传输特性分析。用FDTD法计算分析了几何形状对L形波导的主模带宽的影响,结果表明,可以通过改变L形波导的几何尺寸来调整其单模带宽。     

瑞雷波数值模拟中的数值频散校正策略及实例分析

为寻求快速、高精度的瑞雷波数值模拟方法,将常用于流体动力学中的通量校正传输技术(FCT)与交错网格有限差分方法相结合,对浅层各向同性弹性介质进行包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟。模拟结果表明:该方法有效地压制了粗网格条件下的数值频散现象,并保留了真实的波场振荡,特别是层状介质中瑞雷波的频散特征被凸显;在同一精度下,该方法与细化网格方法相比,计算效率提高1.3倍。     

弹性波传播的低数值频散波场模拟方法

压制数值频散以提高计算精度是检验地震波数值模拟方法的一个重要标准。基于弹性波传播方程,建立了低数值频散波场模拟的八阶FNRK方法。该方法以Runge-Kutta方法对时间导数进行三阶离散,以近似解析离散算子替代差分算子对空间偏导数进行八阶离散,结合通量校正传输技术消除离散后的数值频散。弹性波场模拟结果表明,与高阶有限差分方法相比,该方法能在压制数值频散方面具有明显的优势,计算精度提高,且适应于地震波在大规模复杂介质中传播的波场模拟。     

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。     

改进BISQ模型的双相介质地震波场数值模拟及频散校正

从改进BlSQ模型的双相介质所对应的速度-应力运动方程出发,构建2×2N阶交错网格有限差分模拟算法:同时,为压制模拟过程中的数值频散现象,采用通量校正传输(FCT)技术获得带FCT修正的交错网格有限差分模拟算法,对各向同性双相介质进行地震波场数值模拟.研究结果表明:(1)波场存在快纵波、慢纵波和横波等波场特征,并与模型的理论响应相符,说明交错网格模拟算法具有正确性和可行性;(2)采用FCT修正的交错网模拟算法能够有效压制数值频散,并保留真实的波场特征.     

RK-MRTD算法的稳定性及数值色散性分析

将龙格-库塔(Runge-Kutta)方法引入到时域多分辨分析(MRTD)算法,即在时间上采用Runge-Kutta方法离散,并用此算法解决传统时域有限差分(FDTD)算法较大的色散误差问题.对Runge-Kutta时域多分辨分析算法(RK-MRTD)的稳定性和数值色散性进行系统分析,数值结果表明该方法具有高精度性.     

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.     

空间电荷分布产生电场的数值模拟

该文利用辛普生算法数值求解场强迭加积分和利用有限差分算法数值求解二维泊松方程 ,求解等离子体截面上由于空间电荷分布所产生的电场 ,并对径向电场的分布情况进行研究 .通过有限差分算法的比较 ,表明数值求解场强迭加积分的可靠性 .在复杂区域的场强计算中 ,场强迭加法具有很大的优越性     

应用于微波电磁场FDTD数值模拟的吸收边界条件

在应用FDTD方法模拟复杂空间中微波电磁场分布时,不仅要考虑入射电磁波的贡献,还要考虑反射电磁波的影响。对于后者,一般常采用吸收边界条件的方法予以处理。针对TEM电磁波的传播特点,推导出了一种新的吸收边界条件的表达式,并利用其对微波法金刚石膜沉积系统沉积室中电磁场的分布进行了数值模拟。     

标量FDTD法分析渐变折射率光波导模场分布

用标量时域有限差分法（Finite-differece Time-domain Method,FDTD法）分析了渐变折射率平面光波导中基模的模场分布情况，采用平面光波、球面光波、高斯光波等5种不同形态的光波激励同一波导，借助计算机进行数值求解，得到的光场分布图在光场传播达到稳定后完全相同，说明波导的模式与光波形态无关，只与波导结构和光波波长有关，结果表明该方法直观、精确、快速，并与解析法分析的结果一致。     

两种导叶设计方法对液-液旋流器的流场影响的数值模拟

为了高效低阻地处理油水分离后产生的含油污水,采用两种不同方法(气动法和几何法)设计了液-液旋流器的导叶结构。并利用Fluent软件对两种结构的旋流器内流场进行模拟,着重分析了旋流器内速度场、压力场以及剪切强弱。结果表明气动法导叶的旋流器相较于几何法导叶的旋流器具有以下特点:切向速度和轴向上行速度峰值较大,导叶对流体的控制性好,无脱流现象产生;静压的径向压力梯度较大,但总压的轴向压降较低,即能耗较低;湍流强度较低,剪切应力峰值略高。因此气动法导叶的加速和控制流体转向能力较好,可以产生较大的离心力,同时产生的湍流场各向异性较弱,有利于降低液滴破碎的可能性,提高分离效率,具有较好的应用前景。