高階時(shí)域有限差分方法研究及其在電波傳播中的應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,融電磁理論、數(shù)值計(jì)算科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的計(jì)算電磁學(xué)已經(jīng)成為科學(xué)研究重要領(lǐng)域之一。電磁場(chǎng)數(shù)值仿真成為復(fù)雜電磁工程設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)之一,已廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)物探、電磁防護(hù)、電磁兼容、醫(yī)療診斷、航空航天等領(lǐng)域電磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用中。由此產(chǎn)生各種商業(yè)仿真軟件如HFSS、ADS和CST等已在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,大大縮短了研究周期,降低了研發(fā)成本。
　　 Yee的傳統(tǒng)時(shí)域有限差分方法(FDTD)簡(jiǎn)單直觀,

2、通用性強(qiáng),且便于并行處理,已經(jīng)廣泛用于各種復(fù)雜系統(tǒng)電磁仿真。然而由于其采用低階精度差分逼近,數(shù)值色散和穩(wěn)定性限制了方法的仿真區(qū)域大小和仿真時(shí)間。
　　 針對(duì)上述問(wèn)題,本文系統(tǒng)研究了高階時(shí)域有限差分方法,在總結(jié)和分析已有方法基礎(chǔ)上,提出兩種新的高階時(shí)域有限差分方法,重點(diǎn)研究了兩種新方法的色散和穩(wěn)定性,發(fā)展了新方法的總場(chǎng)/散射場(chǎng)技術(shù)和完全匹配層技術(shù),建立了完整的高階時(shí)域有限差分理論。最后把上述有關(guān)技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)距離地面電波傳播問(wèn)題的仿

3、真中,從理論和應(yīng)用角度全面驗(yàn)證了新方法的優(yōu)勢(shì)。
　　 本文的創(chuàng)新工作主要有以下三個(gè)方面:
　　 1.提出了新的高階緊湊隱式辛?xí)r域有限差分方法(CS-FDTD(4,4)),理論分析了新算法的色散、各向異性和穩(wěn)定性,推導(dǎo)了場(chǎng)量的迭代公式,并將總場(chǎng)/散射場(chǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用到新算法中。
　　 2.提出新的高階緊湊隱式后向時(shí)間差分方法(CSBD-FDTD(4,4))。針對(duì)后向時(shí)間差分穩(wěn)定性和色散分析困難繁瑣的問(wèn)題,使用簡(jiǎn)單直觀