普通媒質(zhì)與等離子體電磁散射的時域譜元分析.pdf

1、自1873年麥克斯韋利用大量的實驗以及創(chuàng)造性的思維論證提煉出電磁場基本方程至今，電磁學的理論發(fā)展有了長足的進步，工程應用也在各方面得到了推廣，軍事上有雷達、目標的隱身與識別等先進技術(shù);生活中有電磁加熱、移動通訊等技術(shù)。可以說，電磁學改變了世界。電磁學長足發(fā)展，衍生出了一門新的學科——計算電磁學。計算電磁學以電磁基本理論為基礎，依托計算機技術(shù)，結(jié)合高等數(shù)值算法，快速準確地模擬和預估出電磁目標的各項參數(shù)，為工程設計優(yōu)化提供指導意見，解決實際

2、的工程需求。
　　時域譜元法(Time Domain Spectral-element Method，TDSEM)是一種較新穎的時域方法，它的迭代式類似于時域有限元法，但計算域的電場或磁場卻是用譜方法的基函數(shù)展開，因而具有兩種方法的特點。時域譜元法建模靈活，并可在低采樣密度的情況下快速計算出可信度高的結(jié)果。本文討論的譜元法基于波動方程，采用具有正交性的Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多項式作為矢量基函數(shù)，并進

3、行曲六面體網(wǎng)格離散。與時域有限差分(FDTD)相比，其建模擬合度高;又因為譜元法網(wǎng)格離散的尺寸可以很大，所以它的未知量將會減少很多。與時域有限元(TDFEM)相比，由于其選取的基函數(shù)具有正交性，因而能夠產(chǎn)生對角的或者塊對角的系數(shù)矩陣，這樣既可以較簡單地對矩陣進行求逆，速度也非?？?。
　　本文采用時域譜元法分析物體散射與等離子體電磁特性。時域譜元法屬于微分類算法。由于計算機容量是一定的，微分類算法只能在有限區(qū)域進行，為了處理開域問題

4、需在計算域截斷邊界處設置吸收邊界條件。本文主要用一階吸收邊界條件(ABC)和完全匹配層(PML)來截斷計算區(qū)域。對于加源的方式，本文選取了體激勵法。給出了具體的散射算例，包括理想金屬、理想介質(zhì)以及金屬與介質(zhì)的混合算例，驗證了算法的正確性。譜元法在分析介電常數(shù)是張量并且是色散的等離子體電磁特性時，將該介電常數(shù)代入波動方程計算三維問題。編制和調(diào)試了基于譜元法的計算程序，分析了含等離子體濾波器與等離子體電磁散射特性，驗證了該方法的正確有效性。