共形時(shí)域有限積分技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、本文將Yee的時(shí)域有限差分方法(FDTD)統(tǒng)一到有限積分理論的框架之下，推導(dǎo)出高精度、穩(wěn)定的共形時(shí)域有限積分技術(shù)，并將其應(yīng)用于自由空間及平面分層媒質(zhì)中復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射問題及輻射問題。
　　 有限積分技術(shù)建立在Maxwell網(wǎng)格方程的基礎(chǔ)之上，將積分量定義為狀態(tài)變量，是原始Maxwell方程組作用在一套對偶網(wǎng)格上的等價(jià)形式。有限積分技術(shù)只在對媒質(zhì)參量進(jìn)行平均時(shí)才引入近似，被平均后的離散媒質(zhì)參量具有電路元件的物理意義，因此只需對場

2、在網(wǎng)格內(nèi)部的分布規(guī)律進(jìn)行合理假設(shè)就能推導(dǎo)出有效的媒質(zhì)平均算法。本文在多種共形網(wǎng)格技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種穩(wěn)定、精確、同時(shí)適應(yīng)于金屬目標(biāo)及介質(zhì)目標(biāo)的共形網(wǎng)格技術(shù)，只需要主網(wǎng)格和對偶網(wǎng)格中的一套網(wǎng)格。
　　 本文將FDTD中常用的UPML及一維FDTD輔助源所實(shí)現(xiàn)的平面波源、近遠(yuǎn)場變換方法成功地拓展至有限積分技術(shù)的框架下，從而將時(shí)域有限積分技術(shù)成功地應(yīng)用于自由空間目標(biāo)在平面波照射下的電磁散射計(jì)算問題。利用平面分層媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)對稱性和電磁

3、波在媒質(zhì)界面上的相位匹配條件，建立了一維傳輸線方程來描述平面波在分層媒質(zhì)中的傳播過程，并用FDTD來穩(wěn)定求解傳輸線方程，從而在平面分層媒質(zhì)中有效地引入了平面波源;應(yīng)用互易定理將平面分層媒質(zhì)中電磁流輻射的遠(yuǎn)場計(jì)算轉(zhuǎn)化為分析平面波在分層媒質(zhì)中的傳播問題，從而在頻域解決了一般分層媒質(zhì)中的近遠(yuǎn)場變換技術(shù);成功地將平面波的引入與遠(yuǎn)場外推技術(shù)融合到有限積分技術(shù)的框架下，從而解決了分層媒質(zhì)中復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射問題。
　　 本文分析了一般集總源

4、在Yee網(wǎng)格中的實(shí)現(xiàn)形式，解釋了FDTD技術(shù)中軟源與理想電流源、硬源與理想電壓源之間的等效性，為有限積分技術(shù)中離散媒質(zhì)參量賦予了電路概念的解釋（如網(wǎng)格電容、網(wǎng)格電導(dǎo)、網(wǎng)格電感等）;本文還定義了Yee網(wǎng)格邊的端口電流與端口電壓，以及網(wǎng)格的輸入阻抗和端口的輸出功率，輸出功率可以在計(jì)算天線增益時(shí)對輻射場進(jìn)行歸一化;本文在有限積分框架下建立了金屬細(xì)線在Yee網(wǎng)格中的模型，并用電壓源激勵下的細(xì)線模型來模擬線天線。上述方法使時(shí)域有限積分技術(shù)成功地應(yīng)