高效混合時域有限差分方法及其在復雜電磁作用過程中的應用研究.pdf

1、在電磁兼容(EMC)研究中，研究電磁波與結構間作用過程是很重要的組成部分。幾何一致性繞射理論等解析算法和數(shù)值算法（時域有限差分方法、矩量法等）都可以用來分析電磁作用過程散射問題，但是當結構比較復雜時，高性能數(shù)值算法的實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性。
　　為了研究復雜電磁環(huán)境效應，必須發(fā)展高精度、高效的數(shù)值求解方法。為此，本學位論文進一步發(fā)展了傳統(tǒng)的時域有限差分方法(FDTD)，從減少數(shù)值色散誤差等方面改進了共形FDTD方法(CFDTD)和高階共形

2、FDTD方法(Conformal FDTD(2，4))，并對不同類型、不同材質(zhì)的二維、三維尖劈散射、反射、繞射特性和有意電磁干擾中的天線響應等方面進行了深入研究。本學位論文主要內(nèi)容安排和創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出了完純導體(PEC)表面共形FDTD方法和介質(zhì)表面共形FDTD方法的基本公式，并簡要介紹了共形FDTD網(wǎng)格生成方法。分析了該類FDTD方法中的數(shù)值色散誤差問題，將基于系數(shù)修正、低消耗數(shù)值色散誤差修正方法引入到了共形FDT

3、D方法中。
　　(2)基于高階FDTD的基本原理，給出了FDTD(2，4)的完純導體(PEC)和介質(zhì)共形技術的基本公式;提出了基于FDTD(2，4)的卷積完全匹配層(CPML)吸收邊界技術，并且將色散誤差修正方法引入到FDTD(2，4)共形技術中。
　　(3)提出了平面波和線源輻照下尖劈衍射問題的幾種常見高頻近似算法解，并且發(fā)展了用FDTD方法提取線源輻照下PEC尖劈衍射場的方法，該方法分別應用于改進共形FDTD方法、改進共

4、形FDTD(2，4)方法中。對不同電磁脈沖入射時尖劈的散射、衍射現(xiàn)象進行了深入研究;特別地，對于二維PEC尖劈，用改進共形FDTD(2，4)方法進行了仿真計算，并用多步方法提取了衍射場以及尖劈周圍所有點的衍射場;將改進的FDTD算法與普通FDTD算法、共形FDTD算法及幾何一致性繞射理論(UTD)解析算法進行了對比分析，證明提出的改進FDTD算法在二維、三維尖劈問題仿真計算中都有更高的精度。
　　(4)研究了由完純導體和介質(zhì)材料構

5、成的復合尖劈散射和衍射問題，并且提出了一種混合FDTD方法，用來同時處理PEC和介質(zhì)共形結構，并完成了數(shù)值色散誤差修正;分別在TE和TM入射情形時，將本算法應用到線源脈沖作用下復合尖劈周圍場強的計算中，并對記錄下來的場值進行快速傅里葉變換和歸一化;再將歸一化場強與解析算法結果進行對比，證明用該混合FDTD算法可以精確預測各種復合尖劈的散射過程。
　　(5)研究了幾種常見天線結構的FDTD仿真方法。分析了Gap饋源方法和新型天線同軸