用于分析三维各向异性介质中的散射的 FDTD 方法

用于分析三维各向异性介质中的散射的 FDTD 方法

一、分析三维各向异性介质散射的FDTD方法(论文文献综述)

丁金超[1](2020)在《低数值色散时域有限差分算法研究》文中提出时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)法作为计算电磁学中典型的时域数值方法直接从麦克斯韦方程组出发,不需要进行复杂的矩阵求逆运算,简单直观,易于掌握,因此被广泛的应用在电磁仿真中。然而,FDTD算法的核心是用有限差分项来离散麦克斯韦旋度方程,因此在离散的过程中必然会产生数值色散误差从而直接影响到FDTD算法的计算精度。减小FDTD算法的数值色散误差,不仅可以提高FDTD算法的计算精度和计算效率,同时可以节省计算资源。本文主要研究了低数值色散的FDTD算法。对已有的几类典型的FDTD算法进行分析与总结,并结合和改善现有的一些优化技术,提出了多种低数值色散的FDTD算法,大大减少了对应原始算法的数值色散误差,提高了原始算法的精度和效率,主要研究内容如下:首先,研究了低数值色散的六边形(Hexagon)网格FDTD算法。基于六边形网格的H-FDTD算法引入了比例因子对H-FDTD方法的介质参数进行修正(Corrected),提出了低数值色散的CH-FDTD算法。相比于传统的H-FDTD算法,提出的CH-FDTD算法能实现几乎解析的解,显着减少了数值色散,大大提高了算法的精度。其次,研究了四种典型的无条件稳定的FDTD算法,并提出了相对应的低数值色散算法。对传统的无条件稳定分裂步数(Split-Step,SS)FDTD算法以及交替方向隐式(Alternating Direction Implicit,ADI)FDTD算法进行优化,将各向同性色散有限差分(isotropic dispersion,ID)项引入到传统的SS-FDTD算法和ADI-FDTD算法中,重新推导了 ID项中针对SS-FDTD算法和ADI-FDTD算法的加权因子和比例因子,从而提出了低数值色散的SS-FDTD算法和ADI-FDTD算法,两种低数值色散的无条件稳定算法均能实现几乎解析的数值相速,数值色散误差也实现了数量级的减少。在传统的损耗媒质局部一维化(Locally One Dimensional,LOD)FDTD算法的基础上引入了针对损耗媒质LOD-FDTD算法的ID项,提出了低数值色散的损耗媒质LOD-FDTD算法。重新推导了针对损耗媒质LOD-FDTD算法的ID项的加权因子以及两个比例因子。采用推导的比例因子对损耗媒质的介电常数、磁导率以及电导率进行了修正,从而大大降低了传统损耗媒质LOD-FDTD算法的数值相位误差和数值衰减误差。在已应用了 ID项的无条件稳定加权拉盖尔基(Weighted Laguerre Polynomia,WLP)FDTD算法的基础上引用了比例因子对介电常数和磁导率进行修正,从而显着降低了 ID-WLP-FDTD算法的数值色散误差。随后,研究了低数值色散的弱条件稳定FDTD算法。将优化的三维ID项引入到三维混合显隐式(Hybrid Implicit Explicit,HIE)FDTD算法中从而提出优化的三维ID-HIE-FDTD算法。重新推导了三维情况下针对HIE-FDTD算法的加权因子以及比例因子。新提出的优化算法不仅可以大大降低原始HIE-FDTD算法的数值色散,几乎可以实现解析的数值相速,而且具有更弱的稳定性条件,从而能够同时满足精度和效率的需要。最后,研究了低数值色散的各向同性色散介质和各向异性色散介质的FDTD算法。先是在典型的非磁化等离子体的辅助差分方程(Auxiliary Differential Equation,ADE)的FDTD算法的基础上提出了低数值色散的非磁化等离子体ADE-FDTD算法。推导了传统的ADE-FDTD算法的数值色散方程,并在此基础上采用最小二乘拟合(Least Squares Fitting,LSF)技术引入了两个优化因子以及更多的采样点,提出了优化的LSF-ADE-FDTD算法从而能够有效降低原始方法的数值色散误差和数值耗散误差。接着在典型的分析磁化等离子体的分段线性递归卷积(Piecewise Linear Recursive Convolution,PLRC)的FDTD算法基础上引入了优化系数,提出了低数值色散的磁化等离子体PLRC-FDTD算法。对优化的有限差分项做了数值色散分析验证了其优势,并用优化的PLRC-FDTD算法计算了磁化等离子体的反射系数,验证了新算法的高效性。本文针对低数值色散的FDTD算法进行了较为系统地研究,提供了多种低数值色散的FDTD算法,为FDTD算法的高效性以及更广泛的应用奠定坚实基础。

钱超[2](2020)在《智能电磁隐身和超散射的实验研究》文中指出异向介质是一类由亚波长单元结构有序或无序排列构成的人工复合材料,通过设计它的单元结构和排列方式可以获得自然界材料所不具备的特殊电磁响应,例如负折射。在过去二十年,随着变换光学理论和广义斯涅耳定律的提出,异向介质得到迅猛发展,这不仅为传统微波和光学器件的性能改进提供了新方法,也簇生了一系列新颖的电磁功能器件。本论文围绕电磁散射,依次开展了抑制散射—隐身衣、增强散射—超散射、智能散射—光计算的理论、仿真、实验研究。针对它们存在的瞬态响应机理不清晰、频带窄、结构复杂、材料制备困难、工作模式固定等关键科学问题和应用难点,开展了基于异向介质和深度学习的散射调控研究,取得了智能隐身、多频超散射和多功能光学逻辑计算等一系列成果,推进了新型异向介质器件的科学研究和实用化进程。本论文的具体研究工作如下:1.智能电磁隐身和超散射的方法研究。针对传统频域方法难以解决隐身衣和超散射的瞬态入射、宽频和色散等问题,建立了各向异性色散时域有限差分算法,揭示了隐身衣和超散射的瞬态响应机理。进一步,总结和归纳了本论文所用到的解析、数值和实验方法,并对各个方法的优缺点和适应情况进行讨论。具体地,解析方法包括变换光学方法、散射场重构方法和经典散射理论;数值方法为作者建立的各向异性色散时域有限差分算法;实验方法包括等效电路方法和智能设计方法。该部分内容为后续研究奠定了理论和实验基础。2.基于深度学习的智能隐身。针对传统隐身衣电磁参数苛刻、频带窄、工作模式固定等问题,首次提出了基于深度学习的智能隐身概念,在不需要任何人为操控的情况下,快速地适应变化的背景环境和外部刺激,实现类变色龙式隐身。在时域有限差分仿真和微波实验中,自主搭建了一套完整的“感知-反应-隐身”的智能隐身系统,详尽展示了智能隐身的工作原理和毫秒级动态隐身效果,充分验证了它的实时性、智能性和鲁棒性。3.基于异向介质的多频超散射。针对传统超散射器工作频率单一、结构复杂、损耗大、难以实验观测等问题,开展了两方面工作。第一,首次提出了利用双曲异向介质构造多频超散射的方法,建立了双曲异向介质的平板波导色散模型和柱体散射模型,论述了它的高效性和物理机制。第二,首次提出了利用共形超表面构造人工表面等离激元超散射的方法,结合经典散射理论和模拟退火算法,设计了能够工作在多频率的低损耗亚波长超散射器,并首次在微波实验中观测了超散射现象。4.基于智能散射的光学逻辑计算。针对传统光学逻辑计算需要引入体积庞大而复杂的光控制系统,不利于器件的小型化、集成化发展和计算结果稳定性等问题,率先提出了基于智能散射的光学逻辑计算方法。先从理论上证明了该方法的可行性和完备性,再利用高效介质超表面在数值仿真和微波实验中实现了多功能光学逻辑计算,最后论述了该方法的普适性、可拓展性、级联性和片上集成性。

李丽[3](2020)在《三维对角各向异性HIE-FDTD算法研究》文中认为混合显隐式时域有限差分(Hybrid Explicit Implicit Finite-Difference Time-Domain,HIE-FDTD)方法在计算电磁学研究无耗介质的电磁问题中已经获得广泛的应用。结合显式和隐式方法的HIE-FDTD由于退化了 FDTD的稳定性条件,在计算单一方向上具有紧密尺寸结构的电磁问题时具有更高的计算效率。但是现有的HIE-FDTD方法只适用于无耗介质,不适用于自然界中广泛存在的有耗介质,所以采用适当方式扩展HIE-FDTD的适用范围的同时保证计算精度是十分有意义的。本文在研究传统FDTD方法,结合现有的无耗三维HIE-FDTD方法,以及分析引入对角各向异性参数的HIE-FDTD基础上,提出了一种同时适用于有耗介质和无耗介质的三维对角各向异性HIE-FDTD方法。首先分析现有的FDTD及无耗介质中的HIE-FDTD理论,通过引入对角各向异性参数,在保留电导率及磁导率的基础上,细致讨论了对角各向异性HIE-FDTD算法,在优化算法的数值色散的同时,将HIE-FDTD方法应用范围从无耗介质扩展到有耗介质。此外,通过增长矩阵给出了对角各向异性HIE-FDTD算法的稳定性条件证明,从中可以看出该方法的时间步长与紧密结构方向的空间步长取值无关。其次,设计了带有CPML边界条件下的各向异性HIE-FDTD方法的程序流程,并给出了具体实现方案。在实现基于亚网格的FDTD方法基础上,通过对比两种不同方法的计算结果,在相同精度下,得到数倍的效率提升。最后,在完成理论分析推导及程序实现的基础上,将该方法分别应用于带有有耗介质基板的宽带滤波器和带有石墨烯涂层的吸收器的两类算例中进行分析计算,结果表明本文所提出的方法在仿真带有有耗介质以及无耗的介质时能够达到与传统FDTD相同的精度,在不同网格剖分密度条件下能够比传统FDTD方法提升数倍至数千倍以上的计算效率,充分验证了所提出的HIE-FDTD方法的有效性和高效性。

李征委[4](2020)在《等离子体中电磁波传播的时域数值计算方法研究》文中进行了进一步梳理高超声速飞行器再入大气层或长航飞行时,等离子体鞘套的存在会影响飞行器的导航、通信及测控性能,严重时会产生通信“黑障”效应。克服甚至解决这一问题需要对等离子体中的电磁波传播进行深入研究。使用数值计算方法对电磁波在等离子体媒质中的传播进行研究,具有通用性强、研究成本低、周期短等优点。在等离子体电磁波传播的数值计算方法中,时域方法的优点在于其宽频特性,即通过激励宽频脉冲波,一次计算可得出整个频段内的响应,特别是近年来时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)方法以其计算简单、直观、易于实现且单次仿真可以模拟宽频的电磁响应等特点,被广泛应用于等离子体中电磁波传播的研究中。然而,FDTD方法存在数值稳定性条件受限于最小空间步长,且依赖于媒质参数,导致含有精细结构模型的等离子体中电磁问题求解时计算时间步长取值很小,计算耗时长甚至难以实现。为此,开展数值稳定性较好甚至是无条件稳定的FDTD方法研究,提高等离子体FDTD方法的计算效率,对等离子体中电波传播特性的快速预测、以及快速抑制和克服甚至解决飞行器再入大气层通信“黑障”问题具有重要的指导意义和应用价值。本文的主要内容和创新点如下:1.提出了一种基于双线性变换(Bilineartransform,BT)的磁化等离子体时域有限差分方法,该方法具有更高计算精度和更好的稳定性。首先,介绍了几种典型的非磁化和磁化等离子体FDTD方法的实现,以等离子体电流密度卷积FDTD(JE Convolution FDTD,JEC-FDTD)方法为例分析了等离子体FDTD方法的数值色散特性和稳定性。接着,提出了一种基于双线性变换(bilinear transform,BT)的针对磁化等离子体的FDTD方法,通过与辅助微分方程 FDTD(auxiliary differential equation FDTD,ADE-FDTD)方法、指数时间差分 FDTD(exponential time differencing FDTD,ETD-FDTD)方法和解析方法的比较验证了磁化等离子体BT-FDTD方法具有更高的计算精度和更好的稳定性。最后,为了提高方法的计算速度,对其进行了基于CUDA架构的并行加速实现。2.研究了无条件稳定的WLP-FDTD方法,提出了一种SC-PML吸收边界实现的三对角化高效WLP-FDTD方法。首先,介绍了加权拉盖尔多项式(weighted Laguerre polynomials,WLPs)及其性质,实现了无条件稳定的基于加权拉盖尔多项式的FDTD(WLP-FDTD)方法的迭代公式推导。接着,对WLP-FDTD方法的拉伸坐标系(stretched-coordinate,SC)下具有复频移(complex-frequency-shifted,CFS)因子的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)吸收边界的迭代公式进行了推导,使得方法可以高精度求解电磁辐射问题。最后,提出了一种SC-PML吸收边界实现的三对角化高效WLP-FDTD方法,推导了方法计算电磁场的迭代公式,使得方法可以高效模拟开域电磁问题,数值算例验证了方法的高效性。3.提出了多种非磁化等离子体WLP-FDTD方法。首先,提出了一种二维非磁化等离子体WLP-FDTD方法,并采用极化电流密度分量和电场分量处于同一空间网格的方式处理非磁化等离子体色散介质中的电磁问题。接着,提出了一种二维非磁化等离子体高效WLP-FDTD方法,实现了方法的SC-PML吸收边界迭代公式的推导,数值算例验证了方法的正确性、较高的计算精度以及高效性并说明了带有CFS因子的SC-PML吸收边界的吸收性能优于最新发表的Nearly PML吸收边界的吸收性能。最后,将二维非磁化等离子体高效WLP-FDTD方法向三维推广,正方体等离子体电磁波散射的算例验证了方法的正确性和较高的计算效率。4.提出了多种各向异性的磁化等离子体WLP-FDTD方法,使无条件稳定的WLP-FDTD方法首次在各向异性媒质中得到推广,方法与传统FDTD方法相比计算速度更快,该速度的提升在模型中有精细结构时更为明显。首先由简单的一维问题出发,提出了一维磁化等离子体JEC-WLP-FDTD方法,并将SC-PML吸收边界条件引入其中,使得方法可以精确、高效地计算磁化等离子体中的开域电磁问题。其次,提出了一维磁化等离子体三对角化的高效JEC-WLP-FDTD方法,将因式分解方案引入到磁化等离子体JEC-WLP-FDTD方法中使得稀疏矩阵方程的求解转换为三对角形式的矩阵方程的求解,从而提高了方法的计算速度。然后,提出了一种二维电流密度和磁场分量在同一空间位置的JHC-WLP-FDTD方法,实现了方法的SC-PML吸收边界迭代公式的推导,分析了平面波入射到磁化等离子体圆柱时电磁场的瞬态演变过程。最后,考虑更为实际的三维磁化等离子体中的电磁问题,提出了三维磁化等离子体JHC-WLP-FDTD方法,并将SC-PML吸收边界引入其中,数值算例验证了三维方法的正确性。

陆建霞[5](2020)在《基于变换光学FDTD方法的目标电磁涂覆和吸波特性研究》文中研究说明时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法适用于对复杂几何形状和非均匀介质目标的建模,现已广泛应用于各类电磁问题的求解。然而,当传统FDTD方法模拟多尺度目标(即同时包含大尺寸结构和精细结构)时会导致占用内存大与计算时间长的问题。这是因为准确模拟精细结构需要采用细的空间网格,而整个空间都采用细网格,会导致求解未知量增加。同时,时间步长受Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定条件的限制,即最大时间步长受最小空间网格尺寸的约束,在采用精细网格的情况下时间步长需要足够小,才能满足CFL稳定条件,因此,计算效率降低。亚网格方法是克服这个困难的方案之一,但它会带来后时不稳定问题。本文针对任意形状薄涂敷目标的电磁散射与含薄石墨烯层的周期结构吸收器在太赫兹频段下的吸收率的计算问题,提出了一种基于变换光学理论和FDTD方法(Transformation Optics-FDTD,TO-FDTD)的高效算法,解决了传统FDTD方法处理这类多尺度模型时占用内存大,计算时间长的困难。主要研究内容如下:(1)提出TO-FDTD算法,结合NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)参数曲线快速求解薄涂覆目标电磁散射的问题。提出有效的坐标变换方法,仅增大最外薄涂敷层厚度,而保持涂覆目标其余尺寸不变。同时变换空间中的介电常数和磁导率相应变换为非均匀各向异性介质。因此,可通过稳定的各向异性FDTD方法对变换空间中整个计算区域采用均匀网格模拟,而无需再用细网格专门模拟薄涂层。解决了由薄涂敷层引入的细网格及带来的时间步长减小的问题,有效提高了计算效率。(2)针对涂敷目标的薄涂覆层不位于最外层的情形,应用坐标变换仅增大内薄涂覆层厚度,而保持金属目标尺寸与其它涂覆层厚度不变。尽管目标内外涂敷层总厚度增加导致最外涂敷层的表面积增大,但在变换空间中求得该模型的场分布后,再利用逆变换可得到与原模型一致的场分布。该结论已通过数值算例证明。进一步拓展了TO-FDTD算法在薄涂覆目标电磁散射计算的应用范围。(3)为快速模拟含薄石墨烯层的周期结构吸收器在太赫兹频段下的吸收率,提出将坐标变换与周期边界条件相结合的方法,仅增大薄石墨烯层的厚度,而保持吸收器其余尺寸不变。数值算例表明,该方法提高了计算效率,为这类含薄石墨烯层器件的电磁仿真提供了一种高效的计算方法。

刘康兵[6](2020)在《基于面中心立方体(FCC)网格的电磁建模方法研究》文中认为在1966年,Yee在国际上第一次提出了时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,简称FDTD)方法这一概念。从1966年Yee提出这一概念之后。时域有限差分方法发展的非常迅速,每年发表的关于FDTD方法的文章也多不胜数,且其在许多科研领域以及工程问题上都得到了广泛的应用。这种方法的优点就是它的表达式简单明了,容易理解,而且对于时域中的电磁特性它也能进行比较直观地描述。FDTD方法本身也在不断完善和发展。计算机技术的不断进步与发展同时给FDTD方法也带来了极大的便利。但是,FDTD方法也有其局限性。由于Yee元胞网格本身的特性在FDTD方法中会产生各向异性的问题,其精度也会因为这个问题降低。这里,研究了一种不同于Yee元胞的新的计算网格。这种新的网格的全称是面中心立方体网格(Face Center Cube Mesh,FCC网格)。相较与Yee元胞来说,FCC网格的FDTD方法有着良好的各向同性效果以及稳定性条件。此外,计算精度也相应的得到了提高。本文研究了FCC网格的FDTD(FCC-FDTD)方法的吸收边界条件和近远场外推边界条件。并给出算例验证。首先,通过研究背景的介绍引入面中心立方体(FCC)网格。并且简要地介绍了面中心立方体(FCC)网格的电磁场的空间分布并且给出了FCC-FDTD方法的基本电磁场迭代式。其次,研究了基于FCC网格的FDTD方法的单轴各向异性介质完全匹配层(Uniaxially Anisotropic Media Perfectly Matched Layer,UPML)吸收边界。通过UPML的基本理论,分析了在二维以及三维情况下的各个棱边区和角顶区的介质参数分布。然后在该理论的基础下详细地推导出基于FCC-FDTD方法的UPML吸收边界电场迭代式和磁场迭代式。为了验证算法的正确性,本文给出了在三种不同情况下的算例进行验证。分别是:仅仅只有UPML吸收边界的情况下的算例和连接边界加上吸收边界时的算例以及与传统的FDTD方法的UPML吸收边界相比较的相对误差的算例。三种情况下的仿真结果都验证了此方法的正确性。最后,研究了基于FCC网格的FDTD方法的近远场的外推边界条件,在惠更斯原理的基础下推导了三维瞬态场的近场外推远区场的边界条件。然后通过仿真研究计算金属球的单站RCS(Radar scattering cross section,雷达散射截面)来验证基于FCC-FDTD的近远场边界条件的正确性。

刘超[7](2020)在《时域有限差分算法中介质色散模型的计算精度研究》文中进行了进一步梳理时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)已经发展成为一种成熟的处理非均匀、各向异性色散介质的工程电磁数值方法。在利用FDTD算法研究金属微纳复合结构电磁相互作用的物理机制问题时,由于亚波长微纳结构具有“场的局域性”和“模式的共振性”特点,计算结果对介质色散等媒质物理参数的变化异常敏感。算法参数因精度不匹配导致的近似误差,在局域共振环境下可能被进一步放大,甚至造成伪数值寄生场。与频率相关的金属介电系数是FDTD计算中一个关键性的具有色散特性的介质参数,算法的计算精度在很大程度上依赖于色散模型对金属介电系数描述的准确性。常用的色散关系Drude或Drude-Lorentz模型,其近似有效性只适用于一个有限的频段范围,由于FDTD是一种宽频带求解方法,这种色散失真将导致明显的介质色散模型误差。本文通过数值实验分析验证了基本色散模型的FDTD计算精度,探究了Drude模型、Drude-lorentzs模型和L4(4-Lorentz-pole pairs)模型对金银介质的介电系数的影响,然后深入研究了Drude2cp(临界点)模型,并通过算例分析其计算精度。论文重点探讨了介质色散模型误差对FDTD算法计算精度的影响,主要研究工作如下:1、讨论并分析了典型的电介质色散模型,以及用于处理色散介质的RC-FDTD算法、Z-FDTD算法和ADE-FDTD算法,并分析了各算法的计算精度特点。对FDTD算法的计算精度问题进行分析,探讨了FDTD计算过程中存在的三类误差:算法误差、硬件计算误差和介质色散模型误差,并解释了不同误差产生的原因。2、通过算例对电磁波在色散介质中的传播进行了模拟分析,数值实验表明:在基本色散模型中,TRC-FDTD算法和ADE-FDTD算法的计算精度相当,优于Z-FDTD算法,但均与解析解存在一定的偏差。3、分析了作为FDTD算法重要基础的金属介电系数色散模型及其算法实现方法,详细讨论了Lorentz谐振项对金银介质的介电系数的影响,并通过数值实验证明:Lorentz谐振项的项数与介电系数拟合值的精确性并不是线性对应的关系,简单的增加Lorentz项并不能进一步提高介电系数的精确性,反而大幅增加了FDTD算法实现的复杂度。4、通过能带理论分析归纳金属电子状态特性,导入介电系数模型,得到介电系数Drude2cp模型,并与两种典型的金属色散修正模型:L4模型和Drude-2lorentz模型作了比较分析。数值实验表明:Drude2cp模型的计算精度最高,与真实金银介质的介电系数之间的误差最小。Drude2cp模型不仅能够更精确的描述因为金属非对称线型带间跃迁所导致的复杂介电效应,而且减少了谐振点多个Lorentz项的引入,使介电系数表达式更加简洁,便于FDTD算法的实现。5、阐述了实现Drude2cp材料插件的基本思想,并将插件导入到Lumerical FDTD软件的材料库中,通过一个三维银微纳复合结构的透射增强现象的算例分析验证了在200nm到1000nm波长范围内Drude2cp模型的计算精度。实验表明低频时Drude2cp模型的计算精度与Drude模型相当,高频时Drude2cp模型的计算精度优于Drude模型和Drude-2lorentz模型。

施丽娟[8](2014)在《基于并置节点表面阻抗边界条件的改进FDTD方法研究》文中指出时域有限差分(FDTD)方法作为一种被广泛应用的数值计算方法,由于能够获得任意时刻电磁场分量在空间各个位置处的数值,而且对目标几何形状、本构参数和激励源等没有特定地限制,因而可以有效分析各种复杂介质目标的电磁波传播及散射等问题。当我们利用常规FDTD方法分析薄涂层覆盖大尺寸目标的电磁问题时,不仅目标复杂的形体结构会增加计算的难度,而且薄涂层的厚度也会对数值计算产生明显的限制作用。表面阻抗边界条件(SIBC)的引入使我们可以将目标直接从计算区域中移除,从而避开研究其内部复杂的电磁问题,只需要在材料体外部进行常规的粗网格剖分,很大程度上节省了内存需求和计算时间。本文基于并置节点一阶表面阻抗边界条件,分别对有耗介质和非磁化等离子体薄涂层涂覆导体目标的时域有限差分模型展开系统深入地研究;同时对三维多粒子等离子体的电磁散射特性以及对截断三维各向异性介质的近似完全匹配层(NPML)吸收边界条件进行了相关研究。所开展的工作及取得的创新性结果如下:提出了一维情况下垂直极化(TE)和平行极化(TM)电磁波斜入射有耗介质薄层涂覆导体目标的并置节点SIBCs-FDTD方法。通过利用并置节点原理,有效实现了涂覆导体界面上的切向电场分量和切向磁场分量在相同节点处的并置排列结构。数值结果表明该方法与常规的利用界面外半个网格距离处和半个时间步之差的磁场分量近似等于界面上的切向磁场分量的SIBCs-FDTD方法相比,有效提高了的稳定性和计算精度。将并置节点SIBCs-FDTD方法推广应用于非磁化等离子体涂覆三维金属立方体的模型。通过对表面阻抗公式中的正切函数进行连续有理近似,并运用拉普拉斯逆变换,将表面阻抗在频域中的表达式变换到时域;利用分段线性递归卷积(PLRC)方法有效解决了公式中的卷积,然后将时域表达式进行差分离散,推导出相应的三维并置节点SIBCs-FDTD迭代公式。数值验证了一维情况下非磁化等离子体涂覆导体目标对斜入射平行极化和垂直极化电磁波的反射,对反射系数的大小和相位进行了误差分析,并验证了该算法的收敛性。最后数值模拟了非磁化等离子体涂覆金属立方体的后向雷达散射截面(RCS)。该算法有效解决了常规FDTD方法在处理等离子体这种复杂介质薄涂层时因网格剖分过细而导致计算所需内存和时间急剧增大的问题。运用电流密度拉普拉斯变换时域有限差分(CDLT-FDTD)方法研究了三维多粒子等离子体的电磁散射特性。在验证算法正确性的基础之上,初步分析了等离子体中电子、正离子、负离子三种粒子对等离子体球后向RCS的影响。基于近似完全匹配层(NPML)原理,提出了一种截断三维各向异性介质的时域有限差分(FDTD)吸收边界条件(ABC)。通过运用NPML理论中复坐标拉伸方法,并结合空间插值方法推导出具体的吸收边界条件公式。相关公式由于具有易于在FDTD方法中实现的优点,并且由于不需要引入额外的中间变量,运用NPML吸收边界条件能够较大程度降低编程的复杂度。利用该吸收边界计算了电偶极子的辐射场以及对应的反射系数,并通过与参考解对比验证了算法的正确性。同时数值模拟了时谐场的相位分布,计算结果进一步表明NPML吸收边界可以有效地吸收各向异性介质中的电磁波。综上所述,本文提出的改进FDTD方法,为复杂目标的电磁问题提供了有力的解决途径,同时也使得FDTD方法本身更加成熟和完善。

章海锋[9](2014)在《等离子体光子晶体电磁特性研究》文中研究说明自2004年等离子体光子晶体的概念提出以来,有关等离子体光子晶体的理论和应用研究逐渐成为了研究热点。在自然界,等离子体可视为一种电磁超材料,它的物理特性不仅能被许多外部参量所调控,而且其等离子体频率也能覆盖整个微波波段。这使得基于等离子体光子晶体的微波器件能够很好地满足了现代通信系统中对微波器件的诸如可调谐、可重构、低损耗和响应速度快等要求。要达成这个目标,那么如何在理论上正确和高效地实现对等离子体光子晶体物理参量的仿真和计算,以及了解和掌握等离子体光子晶体的电磁特性成为了不可回避的问题。本文就围绕着这个问题开展研究工作,内容主要涵盖算法研究、理论研究和器件设计这三部分内容。改进了传统光子晶体计算方法的不足,使得改进后的算法能够便捷地对等离子体光子晶体进行计算。提出了几种基于一维等离子体光子晶体的全向反射器的设计方法,并对二维等离子体光子晶体的缺陷模特性进行了研究,给出了改善完全带隙特性的设计思路,探索了基于二维等离子体光子晶体的全向反射器的设计方法。研究了二维等离子体光子晶体的全角负折射特性,构建了一种新型的二维等离子体光子晶体,并分析了其色散特性。对三维等离子体光子晶体的电磁特性进行了研究,并对三维等离子体光子晶体的光子禁带(PBGs)展宽技术进行了探索。分析和讨论了在磁光Voigt和Faraday效应下的非寻常波和右旋圆极化(RCP)波的色散特性,尝试用三元鞘层填充结构的三维等离子体光子晶体来设计光开关,并对其表面等离子体激元模特性进行了研究。本论文的研究成果和主要创新点涉及以下几个方面:1、给出了正确的TE模式下二维等离子体光子晶体平面波展开(PWE)方法的计算公式。提出了基于网格法和打靶法的改进的PWE算法,使得其能对填充物外形任意的等离子体光子晶体进行计算。用线性化技术给出了用于计算等离子体光子晶体的频域有限差分(FDFD)算法公式。用多点激励和超晶格技术弥补了时域有限差分(FDTD)算法在求解等离子体光子晶体的色散关系时的不足。2、提出了几种基于一维等离子体光子晶体全向反射器的设计方法。采用拼接技术不仅能规避布儒斯特窗,而且能获得较大的全向光子禁带(OBG)带宽。采用匹配层技术能在拓展OBG带宽的同时改善了小角度范围内完全光子禁带(CPBG)的特性。采用变周期结构和Thue–Morse准周期结构的排列方式能便捷地获得OBG,其本质上是通过改变一维等离子体光子晶体的对称性来获得OBG。而采用一维三元Fibonacci和新型Fibonacci准周期结构排列能很大程度上提升OBG带宽,其OBG带宽远大于传统的一维三元等离子体光子晶体,这是因为多重晶格嵌套技术更有利于破坏一维等离子光子晶体的周期性,以便实现对OBG特性的改善。3、研究了TM模式下二维等离子体光子晶体的线缺陷和点缺陷的特性,研究结果表明缺陷模能显着地被等离子体参数所调谐。用周期分布的磁场构建了两类互补结构的二维等离子体光子晶体,并分析了其在TE模式下色散特性。该等离子体光子晶体的最大特点是仅仅由等离子体构成,且不含其它介质。探索了TM模式下二维阿基米德晶格等离子体光子晶体的PBGs特性,比较了两类互补结构的二维阿基米德晶格与常规正方形晶格等离子体光子晶体的PBGs特性,并研究了这两类二维等离子体光子晶体的全角负折射(AANR)特性,研究结果表明二维阿基米德晶格等离子体光子晶体不但有更大的PBGs带宽和更多的PBGs数量,而且在一定频率范围内能够得到可调谐的AANR。并设计了一种新的填充结构,使得二维等离子体光子晶体的CPBGs的特性得以提升,并讨论了CPBGs与该光子晶体各个参数间的关系。最后,分析和讨论了二维等离子体光子晶体在电磁波斜入射时的OBG特性,并研究了引入各向异性介质后对二维等离子体光子晶体CPBGs的影响。4、率先对三维等离子体的光子晶体的电磁特性进行了研究,讨论了三维等离子体在立方体和钻石晶格时的PBGs和水平带区域特性。与立方体晶格相比,钻石晶格由于其对称性较差,所以更容易得到带宽较大的PBG。水平能带产生是由于表面等离子体激元模的存在所造成的。进一步研究了在磁光Voigt和Faraday效应下,非寻常波和RCP波在三维磁化等离子体光子晶体中的色散特性。研究结果表明非寻常波和RCP波在三维磁化等离子体光子晶体中分别能形成两个和一个水平带区域,且水平带区域的上下边缘频率都分别由非寻常波和RCP波的截止频率决定,并推导了上述情况下的PWE方法的计算公式。5、研究了三维等离子体光子晶体PBGs的拓展技术。通过引入对称性较差的绿烧石晶格实现了三维等离子体光子晶体在等离子体密度较低时能得到相对带宽较大的PBG。在相同的参数条件下,与传统的立方体、面心、体心和钻石晶格相比,三维绿烧石晶格等离子体光子晶体能够产生更大的PBG。分析和比较了引入单轴材料(各向异性材料)对三维等离子体光子晶体在不同晶格条件下的PBGs特性。研究结果表明引入type-1型单轴材料对于晶格对称性较强的三维等离子体光子晶体的PBGs有明显地拓展作用且得到较大的PBGs,如立方体、面心和体心晶格。当三维等离子体光子晶体以体心结构排列时,所得PBG的相对带宽最大。研究了磁光Faraday效应下,RCP波在不同晶格条件下且引入单轴材料时三维磁化等离子体光子晶体中的PBGs特性。研究结果表明RCP波也具有上述类似的特性。研究了磁光Voigt效应下,非寻常波在引入单轴材料时在三维体心晶格磁化等离子体光子晶体中的色散特性。研究结果表明引入type-1型单轴材料能够有效地拓展PBG带宽,但是对水平带区域的位置毫无影响。6、设计了一种三元鞘层填充结构使得三维等离子体光子晶体能够产生开关带隙(SWBG),使其能够用于设计光开关、波分多路复用器等微波器件,同时对其表面等离子体激元模的特性进行了研究。研究结果表明SWBG能够被等离子体参数所调谐。当等离子体鞘层的厚度大于一定阈值时,此时该三维等离子光子晶体的色散关系与其核心介质球的大小和类型无关。使得设计和实现基于三维等离子体光子晶体的器件变成了可能。当等离子体层厚度逐渐减小趋于零时,水平带区域上边缘频率将于晶格类型和填充介质的半径无关,而其下边缘频率将与晶格结构有关,但最终将趋近于同一个定值。研究和讨论了磁光Voigt和Faraday效应下的非寻常波和RCP波在三维磁化等离子体光子晶体的SWBGs和表面等离子体激元模的特性。对于非寻常波和RCP波而言,同样可以得到类似的结论。

宇文骊敏[10](2011)在《各向异性介质目标电磁散射特性研究》文中提出各向异性介质涂层能有效缩减目标的雷达散射截面,在目标特征识别中具有重要意义。论文围绕各向异性介质散射特性展开工作,系统分析了各向异性介质及涂覆各向异性介质目标的电磁散射特性。主要研究工作包括:1.推导目标为各向异性介质情况下的时域有限差分公式,数值分析了二维各向同性介质、各向异性介质、表面涂覆介质圆柱和方柱等目标的电磁散射特性,并对结果进行了验证。讨论了各向异性介质的参数、涂覆厚度和涂覆方式等对吸波效果的影响。2.进一步对三维各向同性介质、各向异性介质、表面涂覆介质等情况的目标的散射特性进行研究。以球、板和简单组合体目标为例,从涂层介质参数、涂覆厚度和涂覆方式等多方面讨论了涂层对目标散射特性的影响。数值讨论了多层吸波材料的性能。3.分析了典型弹头和飞行器目标在涂覆不同厚度、不同介质材料以及部分涂覆等情况下的电磁散射特性,并通过不同算法验证结果的准确性。

二、分析三维各向异性介质散射的FDTD方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、分析三维各向异性介质散射的FDTD方法(论文提纲范文)

(1)低数值色散时域有限差分算法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究历史和现状
        1.2.1 FDTD算法的研究现状
        1.2.2 无条件稳定FDTD算法研究现状
        1.2.3 弱条件稳定FDTD算法研究现状
        1.2.4 色散介质FDTD算法研究现状
    1.3 本文的主要贡献
    1.4 本文的组织结构
第二章 FDTD算法简介
    2.1 引言
    2.2 FDTD基本方程
    2.3 数值稳定性及数值色散
    2.4 吸收边界条件
    2.5 激励源及总场边界条件
    2.6 本章小结
第三章 基于六边形网格的低数值色散FDTD算法
    3.1 引言
    3.2 六边形网格的H-FDTD算法
        3.2.1 周期采样理论
        3.2.2 H-FDTD算法简介
    3.3 低数值色散修正CH-FDTD算法
    3.4 CH-FDTD算法的数值色散分析
    3.5 本章小结
第四章 无条件稳定的低数值色散FDTD算法
    4.1 引言
    4.2 基于SS的无条件稳定低数值色散FDTD算法
        4.2.1 无条件稳定的SS-FDTD算法的概念
        4.2.2 低数值色散的无条件稳定SS-FDTD算法的概念
        4.2.3 数值色散分析及数值算例
    4.3 基于ADI的无条件稳定低数值色散FDTD算法
        4.3.1 无条件稳定的ADI-FDTD算法的概念
        4.3.2 低数值色散的无条件稳定的ADI-FDTD算法的概念
        4.3.3 数值色散分析
    4.4 基于LOD的损耗媒质无条件稳定低数值色散FDTD算法
        4.4.1 损耗媒质的无条件稳定LOD-FDTD算法的概念
        4.4.2 损耗媒质中低数值色散无条件稳定LOD-FDTD算法的概念
        4.4.3 数值色散分析
    4.5 基于WLP的无条件稳定低数值色散FDTD算法
    4.6 本章小结
第五章 基于HIE的弱条件稳定低数值色散FDTD算法
    5.1 引言
    5.2 HIE-FDTD算法简介
    5.3 三维低数值色散HIE-FDTD算法
        5.3.1 三维各向同性有限差分项的概念
        5.3.2 三维低数值色散HIE-FDTD算法的概念
    5.4 数值色散分析及算例验证
    5.5 本章小结
第六章 复杂色散媒质的低数值色散FDTD算法
    6.1 引言
    6.2 非磁化等离子体的低数值色散FDTD算法
        6.2.1 非磁化等离子体的ADE-FDTD算法
        6.2.2 低数值色散的非磁化等离子体LSF-ADE-FDTD算法
    6.3 磁化等离子体的低数值色散FDTD算法
        6.3.1 磁化等离子体的PLRC-FDTD算法
        6.3.2 低数值色散的磁化等离子体PLRC-FDTD算法
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(2)智能电磁隐身和超散射的实验研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
部分短语中英语对照
第一章 绪论
    1.1 异向介质简介
    1.2 超表面简介
    1.3 隐身衣简介
        1.3.1 变换光学隐身衣
        1.3.2 保角变换隐身衣
        1.3.3 散射相消隐身衣
        1.3.4 超表面隐身衣
    1.4 超散射简介
        1.4.1 补偿介质超散射
        1.4.2 等离激元超散射
        1.4.3 近零材料超散射
    1.5 智能散射应用简介
        1.5.1 光学数学算符
        1.5.2 光学神经网络
        1.5.3 光学逻辑运算
    1.6 论文研究的目的、意义及主要内容
第二章 智能电磁隐身和超散射的方法研究
    2.1 解析方法
        2.1.1 变换光学方法
        2.1.2 散射场重构方法
        2.1.3 经典散射理论
    2.2 数值方法和瞬态响应机理研究
        2.2.1 各向异性色散时域有限差分算法
        2.2.2 隐身衣的瞬态响应机理研究
        2.2.3 超散射的瞬态响应机理研究
    2.3 实验方法
        2.3.1 等效电路方法
        2.3.2 智能设计方法
    2.4 本章小结
第三章 基于深度学习的智能隐身
    3.1 智能隐身的意义和实现难点
    3.2 智能隐身的物理原理和实现方法
        3.2.1 智能隐身的物理原理
        3.2.2 智能隐身的实现方法
    3.3 智能隐身的仿真验证
        3.3.1 智能隐身的结构设计
        3.3.2 智能隐身的瞬态响应机理
    3.4 智能隐身的实验验证
        3.4.1 电磁波探测系统和环境感知系统
        3.4.2 智能隐身的数据收集和神经网络构建
        3.4.3 智能隐身的实验测量
    3.5 本章小结
第四章 基于异向介质的多频超散射
    4.1 多频超散射的意义和实现难点
    4.2 基于双曲异向介质的多频超散射
        4.1.1 双曲异向介质的波导色散
        4.1.2 双曲异向介质的柱体散射
        4.1.3 基于双曲异向介质的多频超散射
    4.3 基于超表面的多频超散射
        4.3.1 基于超表面的多频超散射的设计方法
        4.3.2 基于超表面的多频超散射的实验验证
    4.4 本章小结
第五章 基于智能散射的光学逻辑计算
    5.1 光学逻辑计算的意义和实现难点
    5.2 基于智能散射的光学逻辑计算
        5.2.1 理论模型和物理原理
        5.2.2 数值仿真和实验验证
        5.2.3 级联网络和光学存储
        5.2.4 片上集成
    5.3 本章小结
结束语
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间的研究成果

(3)三维对角各向异性HIE-FDTD算法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究现状及发展趋势
    1.3 论文的研究思路及内容
    1.4 论文的章节安排
2 基于亚网格技术的时域有限差分(FDTD)法的基本理论
    2.1 基于亚网格技术的FDTD方法的基本理论
    2.2 介质参量的处理
    2.3 CPML吸收边界在FDTD方法中的处理
    2.4 CFL稳定性条件
    2.5 本章小结
3 三维对角各向异性HIE-FDTD方法的理论推导
    3.1 三维对角各向异性HIE-FDTD的理论推导
        3.1.1 对角各向异性参数的引入
        3.1.2 HIE-FDTD方法的基本理论
    3.2 HIE-FDTD方法的数值稳定性条件
    3.3 本章小结
4 三维对角各向异性HIE-FDTD方法的程序实现
    4.1 激励源的处理与实现
    4.2 介质近似网格的程序实现
    4.3 PEC边界的处理与实现
    4.4 CPML吸收边界的处理与实现
        4.4.1 CPML吸收边界的处理
        4.4.2 CPML吸收边界的程序实现
    4.5 本章小结
5 三维对角各向异性HIE-FDTD方法的数值仿真结果分析
    5.1 一种宽带滤波器的计算及仿真结果分析
    5.2 一种基于石墨烯涂层的吸收器的计算及仿真结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录

(4)等离子体中电磁波传播的时域数值计算方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1.绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 等离子体中电波传播时域方法的研究现状
        1.2.1 等离子体中时域有限差分方法研究现状
        1.2.2 等离子体中无条件稳定的时域有限差分方法研究现状
    1.3 本论文的主要工作及内容安排
2.等离子体FDTD方法
    2.1 引言
    2.2 非磁化等离子体FDTD方法
        2.2.1 JEC-FDTD方法
        2.2.2 ETD-FDTD方法
        2.2.3 ADE-FDTD方法
        2.2.4 BT-FDTD方法
        2.2.5 方法验证
    2.3 磁化等离子体FDTD方法
        2.3.1 磁化等离子体的本构关系
        2.3.2 JEC-FDTD方法
        2.3.3 ETD-FDTD方法
        2.3.4 ADE-FDTD方法
        2.3.5 BT-FDTD方法
        2.3.6 方法验证
    2.4 等离子体FDTD方法的CUDA并行实现
        2.4.1 CUDA概述
        2.4.2 等离子体FDTD并行计算
        2.4.3 数值算例
    2.5 本章小结
3.无条件稳定的WLP-FDTD方法
    3.1 引言
    3.2 WLP-FDTD方法
        3.2.1 加权拉盖尔多项式及其性质
        3.2.2 WLP-FDTD方法的迭代公式
        3.2.3 WLP-FDTD方法的SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        3.2.4 WLP-FDTD方法参数选取
    3.3 三对角化的高效WLP-FDTD方法
    3.4 数值算例
    3.5 本章小结
4.非磁化等离子体WLP-FDTD方法
    4.1 引言
    4.2 非磁化等离子体JEC-WLP-FDTD方法
        4.2.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        4.2.2 数值算例
    4.3 二维非磁化等离子体三对角化的高效JEC-WLP-FDTD方法
        4.3.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        4.3.2 数值算例
    4.4 三维非磁化等离子体三对角化的高效JEC-WLP-FDTD方法
        4.4.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        4.4.2 数值算例
    4.5 本章小结
5.磁化等离子体WLP-FDTD方法
    5.1 引言
    5.2 一维磁化等离子体JEC-WLP-FDTD方法
        5.2.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        5.2.2 方法正确性验证
        5.2.3 方法计算精度和效率分析
        5.2.4 PML的吸收效果分析
    5.3 一维磁化等离子体三对角化的高效JEC-WLP-FDTD方法
        5.3.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        5.3.2 方法验证
        5.3.3 效率分析
    5.4 二维磁化等离子体JHC-WLP-FDTD方法
        5.4.1 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        5.4.2 数值算例
    5.5 三维磁化等离子体JHC-WLP-FDTD方法
        5.5.1 方法迭代公式
        5.5.2 SC-PML吸收边界实现的迭代公式
        5.5.3 数值算例
    5.6 本章小结
6.总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表论文及申请的专利

(5)基于变换光学FDTD方法的目标电磁涂覆和吸波特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外研究的现状
    1.3 论文内容安排及主要工作
第二章 TO-FDTD算法理论和推导
    2.1 引言
    2.2 TO-FDTD算法公式
    2.3 介质圆柱算例
    2.4 本章小结
第三章 基于TO-FDTD算法模拟任意形状薄涂敷层
    3.1 引言
    3.2 理论公式
        3.2.1 非均匀有理B-样条(NURBS)
        3.2.2 用于任意形状薄涂覆层的变换光学
        3.2.3 稳定的各向异性 TO-FDTD 算法用于涂层材料变换空间中场的计算
    3.3 数值结果
        3.3.1 任意形状单层薄涂敷目标算例
        3.3.2 任意形状双层薄涂敷目标算例
    3.4 本章小结
第四章 基于TO-FDTD算法模拟含薄石墨烯层的吸收器
    4.1 引言
    4.2 理论公式
        4.2.1 石墨烯的带间电导率和带内电导率
        4.2.2 用于薄石墨烯层的变换光学
        4.2.3 稳定的各向异性 TO-FDTD 算法用于变换空间中场的计算
    4.3 数值结果
        4.3.1 TO-FDTD方法的验证
        4.3.2 含薄石墨烯层的周期结构可调吸收器在太赫兹频段下的吸收率
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果

(6)基于面中心立方体(FCC)网格的电磁建模方法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景和研究意义
    1.2 国内外研究概况及其进展
    1.3 本文内容安排
    1.4 本章小结
第二章 基于FCC网格的FDTD方法的基本理论
    2.1 FCC网格中电场与磁场的空间分布
    2.2 基于FCC网格的Maxwell方程组FDTD离散迭代式
    2.3 本章小结
第三章 基于FCC-FDTD的 UPML吸收边界条件研究
    3.1 UPML基本理论
    3.2 棱边和角顶区参数分布
    3.3 基于FCC-FDTD方法的UPML的电场迭代式的推导
    3.4 基于FCC-FDTD方法的UPML的磁场迭代式的推导
    3.5 数值验证
    3.6 本章小结
第四章 基于FCC-FDTD方法的近远场外推边界条件研究
    4.1 基于FCC网格的外推条件迭代式推导
    4.2 数值验证
    4.3 本章小结
第五章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果

(7)时域有限差分算法中介质色散模型的计算精度研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 发展现状
    1.3 研究背景及意义
    1.4 本文的主要工作及内容安排
第二章 FDTD计算理论基础
    2.1 FDTD算法的基本理论
        2.1.1 Maxwell方程组的差分形式
        2.1.2 数值稳定性条件
        2.1.3 计算域与边界条件
        2.1.4 激励源
    2.2 介质色散理论
        2.2.1 电介质极化
        2.2.2 基本色散模型
    2.3 色散介质FDTD算法
        2.3.1 RC-FDTD算法
        2.3.2 Z-FDTD算法
        2.3.3 ADE-FDTD算法
    2.4 FDTD算法中的介质色散模型误差
        2.4.1 FDTD计算的精度分析
        2.4.2 介质色散模型误差
    2.5 本章小结
第三章 介质色散模型的计算精度
    3.1 引言
    3.2 基本色散模型的FDTD算例验证
        3.2.1 基本色散模型的FDTD算法计算精度验证
        3.2.2 基于Drude模型的金银介质的FDTD算法计算精度验证
    3.3 金属介质的介电系数
    3.4 Lorenz谐振项对介电系数拟合值的影响
        3.4.1 Drude模型对介电系数的影响(无Lorentz项)
        3.4.2 Drude-lorentzs模型对介电系数的影响
        3.4.3 L4 模型对介电系数的影响(无Drude项)
    3.5 本章小结
第四章 Drude2cp模型的计算精度
    4.1 引言
    4.2 Drude2cp模型理论分析
        4.2.1 金属能带理论
        4.2.2 Drude2cp模型
    4.3 Drude2cp模型的FDTD算法实现
        4.3.1 基于Drude2cp模型的ADE-FDTD算法
        4.3.2 一维算例
    4.4 Drude2cp模型对介电系数的影响
        4.4.1 金属修正色散模型
        4.4.2 不同金属修正色散模型的计算差异
    4.5 Drude2cp模型的应用
        4.5.1 Drude2cp材料插件
        4.5.2 三维算例
    4.6 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢

(8)基于并置节点表面阻抗边界条件的改进FDTD方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究概况及其进展
        1.2.1 SIBCs-FDTD方法的国内外研究现状
        1.2.2 等离子体电磁问题FDTD方法的国内外研究现状
        1.2.3 FDTD吸收边界条件的国内外研究现状
    1.3 本文的主要工作和创新点
    1.4 本文的内容安排
2 并置SIBCs-FDTD方法及NPML基本原理
    2.1 引言
    2.2 表面阻抗原则在FDTD方法中的运用
    2.3 并置节点原理的提出
    2.4 NPML吸收边界基本原理
        2.4.1 标准拉伸坐标麦克斯韦方程及平面波
        2.4.2 平面波在拉伸坐标分界面的传播和无反射条件
        2.4.3 NPML吸收边界基本原理
    2.5 NPML与拉伸坐标PML的等效性验证
        2.5.1 一维问题等效性证明
        2.5.2 二维问题等效性证明
        2.5.3 三维问题等效性证明
    2.6 本章小结
3 有耗介质涂层电磁散射的SIBCs-FDTD方法分析
    3.1 引言
    3.2 电磁波垂直入射涂覆导体的SIBCs-FDTD方法分析
        3.2.1 涂覆导体的时域表面阻抗边界条件
        3.2.2 表面阻抗边界条件在FDTD方法中的实现
        3.2.3 电磁波垂直入射涂覆导体的数值算例
    3.3 电磁波斜入射涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法分析
        3.3.1 电磁波斜入射涂覆导体的时域表面阻抗表达式
        3.3.2 并置节点表面阻抗边界条件公式在FDTD中的实现
        3.3.3 平行极化电磁波斜入射涂覆导体一维算例验证
        3.3.4 垂直极化电磁波斜入射涂覆导体一维算例验证
    3.4 本章小结
4 非磁化等离子体涂覆金属目标的并置SIBCs-FDTD方法研究
    4.1 引言
    4.2 理论
        4.2.1 金属表面涂覆非磁化等离子体薄涂层的表面阻抗模型
        4.2.2 表面阻抗边界条件公式在时域中的推导
        4.2.3 三维并置节点SIBCs-FDTD迭代公式
    4.3 算例验证及分析
        4.3.1 垂直极化电磁波斜入射一维算例验证
        4.3.2 平行极化电磁波斜入射一维算例验证
        4.3.3 三维算例验证
    4.4 本章小结
5 三维多粒子等离子体电磁散射特性FDTD方法研究
    5.1 引言
    5.2 理论公式
        5.2.1 多粒子磁化等离子体支配方程
        5.2.2 磁化等离子体的FDTD算法推导
    5.3 算法有效性验证
    5.4 不同粒子对磁化等离子体电磁散射特性的影响
    5.5 本章小结
6 截断三维各向异性介质NPML吸收边界条件
    6.1 引言
    6.2 截断三维各向异性介质的NPML吸收边界FDTD公式
        6.2.1 三维各向异性介质时域差分方程
        6.2.2 三维各向异性介质NPML吸收边界条件:电场迭代式
        6.2.3 三维各向异性介质NPML吸收边界条件:磁场迭代式
        6.2.4 NPML中辅助方程的FDTD迭代式及不同区域的处理
    6.3 数值算例验证
    6.4 本章小结
7 结论与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文及科研情况

(9)等离子体光子晶体电磁特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
缩略语表
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 等离子体光子晶体的国内外研究现状
    1.3 光子晶体的计算方法
    1.4 本文的主要创新点和章节安排
        1.4.1 论文主要创新点
        1.4.2 论文章节安排
第二章 等离子体光子晶体的计算方法
    2.1 引言
    2.2 等离子体光子晶体的FDTD算法
    2.3 等离子体光子晶体的PWE算法
        2.3.1 TE模式下二维非磁化等离子体光子晶体色散关系的求解公式
        2.3.2 基于网格法的PWE算法
        2.3.3 基于打靶法的PWE算法
    2.4 等离子体光子晶体的FDFD算法
    2.5 本章小结
第三章 基于一维等离子体光子晶体的全向反射器
    3.1 引言
    3.2 基于拼接技术的全向反射器的设计
        3.2.1 物理模型和计算方法
        3.2.2 混合结构的OBG特性
        3.2.3 等离子体层厚度对OBG的影响
        3.2.4 等离子体密度对OBG的影响
    3.3 基于匹配层技术的全向反射器的设计
        3.3.1 物理模型和计算方法
        3.3.2 引入匹配层来改善PBG和OBG的特性
        3.3.3 等离子体层厚度对OBG的影响
        3.3.4 等离子体密度对OBG的影响
    3.4 基于变周期结构的全向反射器的设计
        3.4.1 基于变周期结构的全向反射器的实现
        3.4.2 介质层的平均厚度对OBG的影响
        3.4.3 等离子体层的平均厚度对OBG的影响
        3.4.4 等离子体频率对OBG的影响
        3.4.5 等离子体和介质层的渐变系数对OBG的影响
    3.5 基于准周期或分形结构的全向反射器的设计
        3.5.1 基于Thue–Morse准周期结构的全向反射器的实现
        3.5.2 等离子体层厚度对OBG的影响
        3.5.3 Thue-Morse序列的阶数N对OBG的影响
        3.5.4 等离子体密度对OBG的影响
        3.5.5 等离子体碰撞频率对OBG的影响
    3.6 基于三元Fibonacci准周期结构的全向反射器的设计
        3.6.1 基于三元Fibonacci准周期结构的全向反射器的实现
        3.6.2 Fibonacci序列的阶数N对OBG的影响
        3.6.3 等离子体层厚度对OBG的影响
        3.6.4 等离子体密度对OBG的影响
    3.7 基于改进型Fibonacci序列的全向反射器的设计
        3.7.1 基于改进型Fibonacci序列的全向反射器的实现
        3.7.2 Fibonacci序列的阶数N对OBG的影响
        3.7.3 等离子体层厚度对OBG的影响
        3.7.4 等离子体密度对OBG的影响
        3.7.5 等离子体碰撞频率对OBG的影响
    3.8 本章小结
第四章 二维等离子体光子晶体电磁特性研究
    4.1 引言
    4.2 二维非磁化等离子体光子晶体线缺陷研究
        4.2.1 物理模型与仿真计算
        4.2.2 ε2对缺陷模的影响
        4.2.3 周期常数和缺陷层位置对缺陷模的影响
        4.2.4 R和a对缺陷模的影响
        4.2.5 r和b对缺陷模的影响
        4.2.6 等离子体频率和等离子体碰撞频率对缺陷模的影响
    4.3 二维等离子体光子晶体点缺陷模研究
        4.3.1 物理模型与计算方法
        4.3.2 二维等离子体光子晶体的缺陷模特性
        4.3.3 光子晶体参数对缺陷模的影响
    4.4 基于外磁场周期分布的二维等离子体光子晶体的电磁特性
        4.4.1 理论模型与计算方法
        4.4.2 type-1 和type-2 型等离子体光子晶体的色散特性
        4.4.3 外加磁场对type-1 和type-2 型等离子体光子晶体色散特性的影响
        4.4.4 等离子体碰撞频率对type-1 和type-2 型等离子体光子晶体色散特性的影响
        4.4.5 等离子体频率对type-1 和type-2 型等离子体光子晶体色散特性的影响
        4.4.6 填充率对type-1 和type-2 型等离子体光子晶体色散特性的影响
    4.5 二维阿基米德晶格等离子体光子晶体的电磁特性研究
        4.5.1 理论模型与计算方法
        4.5.2 两类二维阿基米德晶格等离子体光子晶体的PBGs特性
        4.5.3 光子晶体参数对PBGs的影响
        4.5.4 二维阿基米德晶格等离子体光子晶体的可调谐AANR特性
    4.6 二维等离子体光子晶体完全带隙研究
        4.6.1 理论模型与二维等离子体光子晶体的CPBGs
        4.6.2 填充介质 εa对CPBGs的影响
        4.6.3 参数 θ 对CPBGs的影响
        4.6.4 参数d对CPBGs的影响
        4.6.5 参数R对CPBGs的影响
        4.6.6 参数r对CPBGs的影响
        4.6.7 参数dx对CPBGs的影响
        4.6.8 等离子体频率 ωp对CPBGs的影响
    4.7 二维等离子体光子晶体全向反射器设计
        4.7.1 理论模型与计算方法
        4.7.2 二维三角晶格等离子体光子晶体的OBG特性
        4.7.3 光子晶体参数对OBG特性的影响
        4.7.4 各向异性介质对大角度CPBG的影响
    4.8 本章小结
第五章 三维等离子体光子晶体的基本电磁特性研究
    5.1 引言
    5.2 三维立方体晶格等离子体光子晶体的PBGs特性
        5.2.1 理论模型和计算方法
        5.2.2 三维立方体晶格等离子体光子晶体的PBGs特性
        5.2.3 介质的相对介电常数对PBGs的影响
        5.2.4 填充率对PBGs的影响
        5.2.5 等离子体频率对PBGs的影响
        5.2.6 等离子体碰撞频率对PBGs的影响
    5.3 三维钻石晶格等离子体光子晶体的色散特性研究
        5.3.1 物理模型与数值计算
        5.3.2 两类三维钻石晶格等离子体光子晶体的色散特性
        5.3.3 光子晶体参数对色散特性的影响
    5.4 磁光Voigt效应下非寻常波在三维磁化等离子体光子晶体中的色散特性
        5.4.1 理论模型和计算方法
        5.4.2 三维面心晶格磁化等离子体光子晶体的色散特性
        5.4.3 εa对色散特性的影响
        5.4.4 外加磁场对色散特性的影响
        5.4.5 等离子体频率对色散特性的影响
        5.4.6 磁化等离子体球的填充率对色散特性的影响
        5.4.7 等离子体碰撞频率对PBG的影响
        5.4.8 水平带区域的特性
    5.5 磁光Faraday效应下RCP波在三维磁化等离子体光子晶体中的色散特性
        5.5.1 ωc对RCP和LCP波有效介电常数的影响
        5.5.2 物理模型与计算方法
        5.5.3 RCP波在两类三维磁化等离子体光子晶体中的色散特性
        5.5.4 εa对PBGs特性的影响
        5.5.5 外加磁场对PBGs特性的影响
        5.5.6 填充率对PBGs特性的影响
        5.5.7 等离子体参数对PBG特性的影响
        5.5.8 水平带区域的特性
    5.6 本章小结
第六章 三维等离子体光子晶体的PBGs带宽拓展技术
    6.1 引言
    6.2 绿烧石晶格实现对三维等离子体光子晶体PBGs的拓展
        6.2.1 理论和数值方法
        6.2.2 三维绿烧石晶格晶格非磁化等离子体光子晶体的PBG特性
        6.2.3 介质球的相对介电常数对PBG的影响
        6.2.4 等离子体频率对PBG的影响
        6.2.5 填充介质球的半径对PBG的影响
        6.2.6 等离子体碰撞频率对PBG的影响
    6.3 不同晶格条件下三维各向异性等离子体光子晶体的PBGs特性
        6.3.1 PWE方法的计算公式
        6.3.2 不同晶格条件下三维各向异性等离子体光子晶体的PBGs
        6.3.3 ne对各向异性PBGs的影响
        6.3.4 no对各向异性PBGs的影响
        6.3.5 填充率对各向异性PBGs的影响
        6.3.6 等离子体频率对各向异性PBGs的影响
    6.4 磁光Faraday效应下,RCP波在三维各向异性磁化等离子体光子晶体中的PBGs特性
        6.4.1 理论和计算方法
        6.4.2 磁光Faraday效应对RCP波PBGs的影响
        6.4.3 ne对RCP波的各向异性PBGs的影响
        6.4.4 no对RCP波的各向异性PBGs的影响
        6.4.5 等离子体频率对RCP波的各向异性PBGs的影响
        6.4.6 填充率对RCP波的各向异性PBGs的影响
        6.4.7 等离子体回旋频率对RCP波的各向异性PBGs的影响
    6.5 磁光Voigt效应下,非寻常波在三维各向异性磁化等离子体光子晶体中的色散特性
        6.5.1 理论模型与数值方法
        6.5.2 磁光Voigt效应下非寻常波的PBGs特性
        6.5.3 ne对各向异性非寻常波PBG的影响
        6.5.4 no对各向异性非寻常波PBG的影响
        6.5.5 填充率对各向异性非寻常波PBG的影响
        6.5.6 等离子体频率对各向异性非寻常波PBG的影响
        6.5.7 外加磁场对各向异性非寻常波PBG的影响
        6.5.8 水平带区域的特性
    6.6 本章小结
第七章 三维等离子体光子晶体在器件设计中的应用
    7.1 引言
    7.2 基于鞘层结构的三维绿烧石晶格非磁化等离子体光子晶体中的SWBG和表面等离子体激元模特性研究
        7.2.1 理论模型和数值方法
        7.2.2 表面等离子体激元模的特性
        7.2.3 可调谐SWBG的特性
    7.3 磁光Faraday效应下,RCP波在三维各向异性磁化等离子体光子晶体中的SWBG和表面等离子体激元模的特性
        7.3.1 理论模型和计算方法
        7.3.2 磁光Faraday效应下,RCP波的色散特性
        7.3.3 磁光Faraday效应下,表面等离子体激元模的特性
        7.3.4 RCP波的可调谐SWBG的特性
    7.4 磁光Voigt效应下,非寻常波在三维各向异性磁化等离子体光子晶体中的SWBG和表面等离子体激元模的特性
        7.4.1 理论模型和计算方法
        7.4.2 表面等离子体激元模的特性
        7.4.3 非寻常波的SWBG特性
    7.5 本章小结
第八章 总结与展望
致谢
参考文献
在学期间的研究成果及发表的学术论文

(10)各向异性介质目标电磁散射特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 各向异性介质电磁散射研究发展情况
        1.2.2 FDTD 方法在电磁散射领域的发展
    1.3 论文研究内容和结构
第二章 各向异性介质电磁散射特性的FDTD 方法分析
    2.1 目标的散射截面
    2.2 各向异性介质
    2.3 直角坐标系中的FDTD
        2.3.1 基本原理和公式
        2.3.2 各向异性介质的FDTD
    2.4 FDTD 算法软件
    2.5 FDTD 算法软件验证
    2.6 本章小结
第三章 二维目标的散射特性分析
    3.1 直角坐标系中的FDTD:二维情况
        3.1.1 基本理论和公式
        3.1.2 计算过程
    3.2 导体柱的散射特性
    3.3 介质圆柱的散射特性
        3.3.1 数值算例
        3.3.2 结果分析
    3.4 各向异性介质圆柱的散射特性
    3.5 介质涂覆表面导体圆柱的散射特性
        3.5.1 数值算例
        3.5.2 结果分析
    3.6 本章小结
第四章 三维目标的散射特性分析
    4.1 基本原理和方法
        4.1.1 色散及计算的稳定性
        4.1.2 计算过程
    4.2 导体的散射特性分析
    4.3 介质体的散射特性分析
    4.4 涂覆导体球的散射特性分析
        4.4.1 数值算例
        4.4.2 结果分析
    4.5 涂覆导体板的散射特性分析
        4.5.1 涂层厚度对RCS 的影响
        4.5.2 同种材料不同涂覆方式对RCS 的影响
    4.6 多层吸波材料
    4.7 各向异性结构吸波材料
    4.8 简单组合体的散射
        4.8.1 数值算例
        4.8.2 结果分析
    4.9 本章小结
第五章 复杂目标的散射特性研究
    5.1 某弹头的散射分析
        5.1.1 建模及参数设置
        5.1.2 数值结果与分析
    5.2 某飞机的散射分析
        5.2.1 复杂物体的几何建模
        5.2.2 数值结果和散射特性分析
    5.3 本章小结
结束语
致谢
参考文献

四、分析三维各向异性介质散射的FDTD方法(论文参考文献)

  • [1]低数值色散时域有限差分算法研究[D]. 丁金超. 电子科技大学, 2020(10)
  • [2]智能电磁隐身和超散射的实验研究[D]. 钱超. 浙江大学, 2020
  • [3]三维对角各向异性HIE-FDTD算法研究[D]. 李丽. 西安科技大学, 2020(01)
  • [4]等离子体中电磁波传播的时域数值计算方法研究[D]. 李征委. 西安理工大学, 2020(01)
  • [5]基于变换光学FDTD方法的目标电磁涂覆和吸波特性研究[D]. 陆建霞. 华东师范大学, 2020(12)
  • [6]基于面中心立方体(FCC)网格的电磁建模方法研究[D]. 刘康兵. 江苏大学, 2020(02)
  • [7]时域有限差分算法中介质色散模型的计算精度研究[D]. 刘超. 安徽大学, 2020(07)
  • [8]基于并置节点表面阻抗边界条件的改进FDTD方法研究[D]. 施丽娟. 江苏大学, 2014(05)
  • [9]等离子体光子晶体电磁特性研究[D]. 章海锋. 南京航空航天大学, 2014(01)
  • [10]各向异性介质目标电磁散射特性研究[D]. 宇文骊敏. 西安电子科技大学, 2011(08)

标签:;  ;  ;  ;  ;  

用于分析三维各向异性介质中的散射的 FDTD 方法
下载Doc文档

猜你喜欢