高階時域電磁計算方法.pdf

1、計算電磁學(xué)因其具有精確、靈活地建模和仿真實際電子線路和電磁系統(tǒng)的能力而一直是一個重要的研究領(lǐng)域。特別是有效地分析寬帶信號激勵問題的需求推動了時域求解技術(shù)的發(fā)展。然而傳統(tǒng)的時域計算方法無法滿足在大量的時間周期上精確地模擬波傳播的要求，這暗示了高階時域計算方法應(yīng)該被予以考慮。在另一方面，對于復(fù)雜幾何形體的精確建模也需要對傳統(tǒng)時域計算方法進(jìn)行改進(jìn)。針對上述問題，本文深入地研究了一些高階、精確的時域計算方法，主要的工作可以概括如下： 1

2、.針對傳統(tǒng)的時域有限差分算法無法精確地處理曲邊邊界和交界面的問題，本文詳細(xì)地研究了二維注入邊界的時域有限差分算法。同時對該算法在處理曲邊理想導(dǎo)體邊界時存在的缺陷進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?2.詳細(xì)地研究了傅立葉偽譜時域算法，并推導(dǎo)了該算法的色散關(guān)系和穩(wěn)定性條件?；诟盗⑷~偽譜時域算法，將其與傳統(tǒng)的時域有限差分算法的混合算法推廣到該算法與任意階時域有限差分算法的混合，并對混合后算法的色散關(guān)系和穩(wěn)定性條件作了相應(yīng)的分析。 3.深入討論

3、了多區(qū)域切比雪夫偽譜時域算法。在系統(tǒng)地推導(dǎo)該算法的區(qū)域映射、拼湊條件和良態(tài)提出的理想匹配層公式的基礎(chǔ)上，將該算法應(yīng)用到2維、2.5維和3維的電磁問題求解中。 4.針對多區(qū)域切比雪夫偽譜時域算法穩(wěn)定性方面的問題，采用隱式和顯式兩種時間積分方式對此進(jìn)行改善。在隱式時間積分中，將ADI技術(shù)與多區(qū)域切比雪夫偽譜時域算法相結(jié)合來改善該算法的穩(wěn)定性條件從而提高了計算效率。在顯式時間積分中，采用超時間步方法加速傳統(tǒng)的顯示時間積分策略進(jìn)而改善多

4、區(qū)域切比雪夫偽譜時域算法的穩(wěn)定性條件和計算效率。 5.針對多區(qū)域偽譜時域算法在直角坐標(biāo)系下計算旋轉(zhuǎn)物體對平面波散射問題的復(fù)雜性，提出了圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系下的多區(qū)域偽譜時域算法。在推導(dǎo)了圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系下的、不分裂場的、良態(tài)提出的理想匹配層公式的同時，將傅立葉選配方法應(yīng)用到方位角方向，切比雪夫選配方法應(yīng)用到其它方向，從而形成了利用旋轉(zhuǎn)物體對稱性的多區(qū)域偽譜時域算法。 6.針對傳統(tǒng)的譜域方法在對復(fù)雜的幾何形體建模方面的

5、不足，從一維、二維和三維的電磁問題入手，深入研究了不連續(xù)伽略金方法。在系統(tǒng)地討論該算法的單元映射、伽略金方法的實施和單元間邊界條件施加的基礎(chǔ)上，將良態(tài)提出的理想匹配層公式應(yīng)用到該算法中來以精確地建模無限大的計算區(qū)域。 7.利用高階時域電磁計算方法對雙負(fù)媒質(zhì)的電磁特性進(jìn)行了全波仿真。根據(jù)復(fù)構(gòu)架坐標(biāo)技術(shù)推導(dǎo)了標(biāo)準(zhǔn)的洛倫茲媒質(zhì)的理想匹配層公式和用于截斷雙負(fù)媒質(zhì)邊界的理想匹配層公式。基于這些公式，采用多區(qū)域切比雪夫偽譜時域算法和不連續(xù)伽