FDTD與矩量法的關(guān)鍵技術(shù)及并行電磁計(jì)算應(yīng)用研究.pdf

1、開發(fā)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的并行電磁計(jì)算軟件,對(duì)典型的電磁場(chǎng)數(shù)值算法進(jìn)行系列的并行化研究,無論是從解決工程問題出發(fā),還是就提高復(fù)雜大型電磁計(jì)算能力的戰(zhàn)略目標(biāo)而言,都迫切需要.因此對(duì)典型數(shù)值方法的新技術(shù)以及其并行計(jì)算方法進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)的、深遠(yuǎn)的意義.MPI已經(jīng)取代其它信息傳遞系統(tǒng)成為目前并行計(jì)算中最廣泛采用的通信標(biāo)準(zhǔn).本文研究了幾種具有代表意義的數(shù)值算法(幾何繞射理論、時(shí)域有限差分法、矩量法)的關(guān)鍵技術(shù)及其基于MPI編程環(huán)境的并行計(jì)算實(shí)現(xiàn),有

2、效的解決了機(jī)載天線特性計(jì)算時(shí)間過長、波導(dǎo)寬邊縫隙天線陣局部特性難以準(zhǔn)確建模、整體陣列分析慢、復(fù)雜PBG結(jié)構(gòu)電磁特性難以仿真等幾個(gè)典型的工程問題.本文首先提出并應(yīng)用了按照計(jì)算區(qū)域進(jìn)行任務(wù)分解的并行UTD方法,縮短了機(jī)載平臺(tái)天線特性的分析時(shí)間,解決了耗時(shí)太長的問題.這為開發(fā)小型機(jī)系統(tǒng)中大型EMC軟件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).本文接著研究了FDTD的幾種新技術(shù)在波導(dǎo)縫隙陣以及PBG結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.為此,本文構(gòu)造了一種適合于分析波導(dǎo)圓頭縫隙特性的共形網(wǎng)格

3、FDTD方案,并應(yīng)用該方案分析了傾斜組合裂縫、耦合縫隙結(jié)構(gòu)的特性;在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了并行共形網(wǎng)格FDTD方法,并將這部分研究工作擴(kuò)展到微波光子晶體結(jié)構(gòu)的電磁特性仿真,為這類問題提供了一個(gè)有效的仿真手段.一個(gè)千萬級(jí)網(wǎng)格量的FDTD算例,表明本文并行共形網(wǎng)格FDTD程序的有效性與健壯性.本文還結(jié)合一種非均勻網(wǎng)格FDTD方法,對(duì)非均勻網(wǎng)格共形FDTD算法做了試探性研究.為了提高矩量法的計(jì)算效率,本文深入地研究了求解矩陣方程的預(yù)條件CGN方法,

4、提出了一種以基函數(shù)鄰居為基礎(chǔ)的預(yù)條件方法——BFN預(yù)條件方法.把該預(yù)條件方法應(yīng)用于矩量法分析大型波導(dǎo)縫隙陣時(shí)矩陣方程的求解,將收斂速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí),這一結(jié)果為數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)大型裂縫陣帶來了巨大的益處.此外,還將這種具有物理含義的預(yù)條件方法應(yīng)用于其它幾種典型基函數(shù)的矩量法問題,數(shù)值結(jié)果均表明BFN預(yù)條件方法穩(wěn)定、高效.為擴(kuò)展矩量法計(jì)算規(guī)模,論文還研究了并行矩量法的矩陣填充與求解方法,并以某飛行器散射特性分析為例進(jìn)行了計(jì)算.最后,論文概括的