高效混合時(shí)域有限差分方法及其在復(fù)雜電磁作用過(guò)程中的應(yīng)用研究.pdf

1、在電磁兼容(EMC)研究中，研究電磁波與結(jié)構(gòu)間作用過(guò)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(shí)域有限差分方法、矩量法等）都可以用來(lái)分析電磁作用過(guò)程散射問(wèn)題，但是當(dāng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，高性能數(shù)值算法的實(shí)現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性。
　　為了研究復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)，必須發(fā)展高精度、高效的數(shù)值求解方法。為此，本學(xué)位論文進(jìn)一步發(fā)展了傳統(tǒng)的時(shí)域有限差分方法(FDTD)，從減少數(shù)值色散誤差等方面改進(jìn)了共形FDTD方法(CFDTD)和高階共形

2、FDTD方法(Conformal FDTD(2，4))，并對(duì)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(yīng)等方面進(jìn)行了深入研究。本學(xué)位論文主要內(nèi)容安排和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了完純導(dǎo)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(jiǎn)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(wèn)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(dǎo)體(PEC)和介質(zhì)共形技術(shù)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(shù)，并且將色散誤差修正方法引入到FDTD(2，4)共形技術(shù)中。
　　(3)提出了平面波和線源輻照下尖劈衍射問(wèn)題的幾種常見(jiàn)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(chǎng)的方法，該方法分別應(yīng)用于改進(jìn)共形FDTD方法、改進(jìn)共

4、形FDTD(2，4)方法中。對(duì)不同電磁脈沖入射時(shí)尖劈的散射、衍射現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究;特別地，對(duì)于二維PEC尖劈，用改進(jìn)共形FDTD(2，4)方法進(jìn)行了仿真計(jì)算，并用多步方法提取了衍射場(chǎng)以及尖劈周圍所有點(diǎn)的衍射場(chǎng);將改進(jìn)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(jìn)行了對(duì)比分析，證明提出的改進(jìn)FDTD算法在二維、三維尖劈問(wèn)題仿真計(jì)算中都有更高的精度。
　　(4)研究了由完純導(dǎo)體和介質(zhì)材料構(gòu)

5、成的復(fù)合尖劈散射和衍射問(wèn)題，并且提出了一種混合FDTD方法，用來(lái)同時(shí)處理PEC和介質(zhì)共形結(jié)構(gòu)，并完成了數(shù)值色散誤差修正;分別在TE和TM入射情形時(shí)，將本算法應(yīng)用到線源脈沖作用下復(fù)合尖劈周圍場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算中，并對(duì)記錄下來(lái)的場(chǎng)值進(jìn)行快速傅里葉變換和歸一化;再將歸一化場(chǎng)強(qiáng)與解析算法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明用該混合FDTD算法可以精確預(yù)測(cè)各種復(fù)合尖劈的散射過(guò)程。
　　(5)研究了幾種常見(jiàn)天線結(jié)構(gòu)的FDTD仿真方法。分析了Gap饋源方法和新型天線同軸