高階時(shí)域電磁計(jì)算方法.pdf

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

2、.針對(duì)傳統(tǒng)的時(shí)域有限差分算法無(wú)法精確地處理曲邊邊界和交界面的問(wèn)題，本文詳細(xì)地研究了二維注入邊界的時(shí)域有限差分算法。同時(shí)對(duì)該算法在處理曲邊理想導(dǎo)體邊界時(shí)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(shí)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(shí)域算法，將其與傳統(tǒng)的時(shí)域有限差分算法的混合算法推廣到該算法與任意階時(shí)域有限差分算法的混合，并對(duì)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(shí)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(wèn)題求解中。 4.針對(duì)多區(qū)域切比雪夫偽譜時(shí)域算法穩(wěn)定性方面的問(wèn)題，采用隱式和顯式兩種時(shí)間積分方式對(duì)此進(jìn)行改善。在隱式時(shí)間積分中，將ADI技術(shù)與多區(qū)域切比雪夫偽譜時(shí)域算法相結(jié)合來(lái)改善該算法的穩(wěn)定性條件從而提高了計(jì)算效率。在顯式時(shí)間積分中，采用超時(shí)間步方法加速傳統(tǒng)的顯示時(shí)間積分策略進(jìn)而改善多

4、區(qū)域切比雪夫偽譜時(shí)域算法的穩(wěn)定性條件和計(jì)算效率。 5.針對(duì)多區(qū)域偽譜時(shí)域算法在直角坐標(biāo)系下計(jì)算旋轉(zhuǎn)物體對(duì)平面波散射問(wèn)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(shí)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(chǎng)的、良態(tài)提出的理想匹配層公式的同時(shí)，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(duì)稱性的多區(qū)域偽譜時(shí)域算法。 6.針對(duì)傳統(tǒng)的譜域方法在對(duì)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(wèn)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(shí)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(lái)以精確地建模無(wú)限大的計(jì)算區(qū)域。 7.利用高階時(shí)域電磁計(jì)算方法對(duì)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?cái)嚯p負(fù)媒質(zhì)邊界的理想匹配層公式?；谶@些公式，采用多區(qū)域切比雪夫偽譜時(shí)域算法和不連續(xù)伽