移動(dòng)坐標(biāo)系FDTD方法在電磁脈沖傳播中的應(yīng)用研究.pdf

1、時(shí)域有限差分(FDTD)方法是一種在計(jì)算電磁學(xué)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法。由于FDTD方法是一種全波方法，計(jì)算時(shí)需要對(duì)整個(gè)空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分和計(jì)算推進(jìn)，在模擬區(qū)域很長(zhǎng)時(shí)需要大量的計(jì)算資源，因此FDTD方法難以對(duì)電磁脈沖的長(zhǎng)距離傳播進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)在FDTD方法中引入移動(dòng)坐標(biāo)系，使得坐標(biāo)系與脈沖相互“凍結(jié)”，坐標(biāo)系伴隨脈沖一起傳播，讓脈沖始終位于計(jì)算區(qū)域內(nèi)，可以用有限的計(jì)算區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈沖長(zhǎng)距離傳播問(wèn)題的模擬，從而將FDTD方法應(yīng)用于脈沖

2、傳播問(wèn)題。本篇論文研究了移動(dòng)坐標(biāo)系FDTD方法在電磁脈沖傳播模擬中的應(yīng)用。 本篇論文首先介紹了電磁脈沖的種類以及電磁脈沖大氣傳播的研究情況。介紹了FDTD方法，傳統(tǒng)FDTD方法在模擬電磁脈沖傳播時(shí)面臨的困難，移動(dòng)坐標(biāo)系FDTD方法概念的提出及其研究現(xiàn)狀。研究了引入移動(dòng)坐標(biāo)系后的FDTD方法在一維情況下的應(yīng)用，分析了一維情況下該方法的數(shù)值穩(wěn)定性和數(shù)值色散性質(zhì)，給出了穩(wěn)定性條件，證明了該方法在一維時(shí)沒(méi)有數(shù)值色散。采用該方法分別計(jì)算了

3、均勻介質(zhì)及非均勻介質(zhì)的一維算例。通過(guò)將計(jì)算結(jié)果與理論解以及傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果相比較，驗(yàn)證了該方法的正確性以及優(yōu)于傳統(tǒng)FDTD方法的數(shù)值色散性質(zhì)。將該方法推廣應(yīng)用于三維情況，推導(dǎo)了三維情況下的移動(dòng)坐標(biāo)系FDTD的差分格式，將其應(yīng)用于脈沖在方波導(dǎo)中的傳播，計(jì)算了多個(gè)頻率的脈沖傳播算例，并將結(jié)果與傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果相比較。計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)FDTD方法得到的結(jié)果吻合，從而驗(yàn)證了該方法的正確性。 本篇論文驗(yàn)證了移動(dòng)坐標(biāo)系FD