移動坐標(biāo)系FDTD方法在電磁脈沖傳播中的應(yīng)用研究.pdf

1、時域有限差分(FDTD)方法是一種在計算電磁學(xué)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)值計算方法。由于FDTD方法是一種全波方法，計算時需要對整個空間進行網(wǎng)格劃分和計算推進，在模擬區(qū)域很長時需要大量的計算資源，因此FDTD方法難以對電磁脈沖的長距離傳播進行數(shù)值模擬。通過在FDTD方法中引入移動坐標(biāo)系，使得坐標(biāo)系與脈沖相互“凍結(jié)”，坐標(biāo)系伴隨脈沖一起傳播，讓脈沖始終位于計算區(qū)域內(nèi)，可以用有限的計算區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對脈沖長距離傳播問題的模擬，從而將FDTD方法應(yīng)用于脈沖

2、傳播問題。本篇論文研究了移動坐標(biāo)系FDTD方法在電磁脈沖傳播模擬中的應(yīng)用。 本篇論文首先介紹了電磁脈沖的種類以及電磁脈沖大氣傳播的研究情況。介紹了FDTD方法，傳統(tǒng)FDTD方法在模擬電磁脈沖傳播時面臨的困難，移動坐標(biāo)系FDTD方法概念的提出及其研究現(xiàn)狀。研究了引入移動坐標(biāo)系后的FDTD方法在一維情況下的應(yīng)用，分析了一維情況下該方法的數(shù)值穩(wěn)定性和數(shù)值色散性質(zhì)，給出了穩(wěn)定性條件，證明了該方法在一維時沒有數(shù)值色散。采用該方法分別計算了

3、均勻介質(zhì)及非均勻介質(zhì)的一維算例。通過將計算結(jié)果與理論解以及傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果相比較，驗證了該方法的正確性以及優(yōu)于傳統(tǒng)FDTD方法的數(shù)值色散性質(zhì)。將該方法推廣應(yīng)用于三維情況，推導(dǎo)了三維情況下的移動坐標(biāo)系FDTD的差分格式，將其應(yīng)用于脈沖在方波導(dǎo)中的傳播，計算了多個頻率的脈沖傳播算例，并將結(jié)果與傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果相比較。計算結(jié)果與傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果吻合，從而驗證了該方法的正確性。 本篇論文驗證了移動坐標(biāo)系FD