二维麦克斯韦方程改进的无条件稳定的时域有限差分方法

研究了麦克斯韦方程无条件稳定的有限差分格式US—FDTD（见MicrowaveOptTechnolLett38,2003）,证明了该格式是耗散和一阶精度的．在此基础上,利用减少摄动误差的技巧,我们提出了二维麦克斯韦方程改进的无条件稳定的有限差分方法（IUS—FDTD）,应用傅里叶方法证明了新格式IUS—FDTD是无条件稳定的和非耗散的．误差分析表明IUS—FDTD是二阶精度的,比原格式US—FDTD的精度高一阶．数值试验比较了这两种格式的模拟效果,计算结果证实：改进的格式IUS—FDTD比原格式uS—FDTD误差小、稳定性好、精度高．     

FDFD计算光子晶体面外带隙

本文首次利用频域有限差分（FDFD）方法计算了二维光子晶体的面外（off plane）带隙。以正方晶格为例得到了与平面波展开法（PWE）和时域有限差分（FDTD）方法一致的结果,且这种方法具有运算效率高、编程实现简单等优点。     

矩形波导填充左手介质传输特性的FDTD分析

通过简要介绍左手材料的奇异特性,给出了冷等离子体模型左手材料的时域有限差分（FDTD）法的差分格式.并通过编程实例计算了左手材料加载矩形波导时不同介电常数和不同加载厚度下TE模截止波长的变化趋势.     

电导率不为零的麦克斯韦方程的两种分裂时域有限差分方法和分析

研究了时域上二维电导率非零的麦克斯韦方程的分裂时域有限差分方法,针对电导率为零的分裂时域有限差分方法(S-FDTDI,一阶格式),讨论了用增加摄动项和对称计算两种校正分裂误差的方法得到的两种格式:分裂时域有限差分格式(S-FDTDII)和对称分裂时域有限差分格式(SS-FDTD),给出了能量恒等式和数值验证,计算结果表明在模拟一种矩形波导问题时,后一种格式能量模误差比ADI-FDTD小,都比S-FDTDII的误差小。     

二维麦克斯韦方程的对称分裂时域指数差分方法

笔者将能量守恒的对称分裂时域有限差分方法（EC-S-FDTD）与指数差分方法相结合,提出了电导率不为零的二维麦克斯韦方程的对称分裂时域指数差分方法（SSE-FDTD）,分析了此方法的截断误差,得出SSE -FDTD在空间和时间上均达到二阶,并且用能量方法推导出此方法的能量恒等式,由此证明了格式的无条件稳定性,数值算例验证了该方法的有效性和能量守 .恒性.     

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。     

并行FDTD算法初步研究

1966年Yee首次提出时域有限差分（FDTD）法,在时域中对麦克斯韦方程组进行求解．目前,FDTD法已在天线分析、雷达截面计算、电磁兼容分析等众多领域得到了广泛应用．FDTD法的稳定性要求空间步长应小于波长的十分之一,而计算时间和计算所需的内存总是与网格总数成正比．由于受到计算机存储空间和计算时间的限制,许多复杂电磁问题无法用FDTD法进行模拟．为了适应日益复杂的实际应用问题,构造并行计算机采用并行算法来满足计算需求成为必然趋势,     

弹性波时域仿真的两个问题

为了解决医学超声探测的动态计算机仿真问题，将计算电磁学的时域有限差分(FDTD)方法应用于弹性机械波的模拟．建立了模拟弹性波时的有限差分模型，给出了弹性媒质运动学方程的FDTD离散形式，提出了复杂媒质边界的处理方法，用完全匹配层吸收边界截断计算区域．数值实验验证了上述模型和计算方法的有效性．     

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．     

宽频带圆锥共形微带天线的CFDTD法分析

根据微带天线展宽频带的工作机理,基于共形时域有限差分(CFDTD)法,分别对工作在L波段和C波段的重叠贴片式和电容补偿式探针馈电圆锥共形微带天线的近远场特性做了分析. 结果表明,与普通的单贴片结构天线相比,其带宽有了明显改善. 在时域有限差分(FDTD)网格剖分时,采用了坐标系旋转的方法,以方便激励探针的建模,同时为了提高仿真的效率,引入了非均匀网格技术.     

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．     

一种节约内存的局部一维减缩时域有限差分方法

为了提高电大尺寸目标电磁计算效率,提出了一种用于克服时域有限差分算法稳定条件限制、降低计算所需内存的新方法。证明了即使在无源区域,局部一维时域有限差分法所给出的电磁场量不满足零散度关系,并推导了该散度关系的具体表达式。基于该非零散度关系和麦克斯韦旋度方程,将三维局部一维时域有限差分法与减缩时域有限差分法相结合,从而得到三维的局部一维减缩时域有限差分法。通过仿真计算证明该方法与LOD-FDTD方法的计算结果一致,具有良好的计算稳定性。     

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.     

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．     

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。     

某些电磁波传播问题的格子Boltzmann模拟

用格子Boltzmann方法考虑空间不含源项的Maxwell方程组, 先构建Maxwell方程组的格子Boltzmann模型并进行数值实验, 然后将格子Boltzmann方法与其他传统方法得到的数值解进行比较. 结果表明, 格子Boltzmann方法是一种求解Maxwell方程组的有效方法.     

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.     

Z变换在PML中的应用

在完全匹配层(PML)中应用Z变换,和传统的引入PML的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的时域有限差分(FDTD)计算区域的物质属性,采用了特殊的处理方法,并可运用到标准网格或非均匀网格中;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。