色散介質(zhì)薄層FDTD算法及相關(guān)問題研究.pdf

1、西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文色散介質(zhì)薄層FDTD算法及相關(guān)問題研究姓名：董宇航申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：無線電物理指導(dǎo)教師：李存志;魏兵20091201A b s t r a e tA b s t r a c tI nt h i sp a p e r , t h e s c a t t e r i n go f a l lo b j e c ti n c l u d i n gt h i nd i s p e r s i v em e d

2、 i al a y e rb yu s i n gt h e f i n i t e - d i f f e r e n c e t i m e - d o m a i n ( F D T D ) m e t h o d i S s t u d i e d ．T h e M i k k o s ’a l g o r i t h m , w h i c hc a nd e a lw i 吐lt h et h i ne l e c t r

3、i c d i s p e r s i v el a y e r ’i s i m p r o v e d t O d e a l誦n 1t h ec a s ei n c l u d i n gb o t h t h ee l e c t r i ca n d t h em a g n e t i cd i s p e r s i o n ．C o m b i n g 、) ~ ，i 廿l t h es h i f to p e r

4、a t o rF D T D m e t h o da n d t h em e t h o do b t a i nt h ee q u i v a l e n tm e d i u m p a r a m e t e r sb yw e i g h ta v e r a g eo ft h em e d i ao f t h e c e l l i n c l u d i n gd i s p e r s i v et h i nl

5、 a y e r ，ag e n e r a lF D T D m e t h o d f o r d e a l i n g 、析mt h i nd i s p e r s i o nm e d i u m l a y e r si sp r o p o s e d ．T h e p a r a l l e la l g o r i t h mo f s h i f to p e r a t o rF D T D m e t h o

6、db a s e d o n M P I i sd e v e l o p e d ，a n d t h es c a R e r i n go f e l e c t r i c a l l yl a r g et a r g e t s i n c l u d i n gd i s p e r s i v em e d i a i sc o m p u t e d b y t h i sm e t h o d ．F i r s to

7、 f a l l ，t h ee l e c t r o m a g n e t i cn o d e sm o d i f i e dm e t h o do ft h i nL o r e n t zl a y e ri no n e —d i m e n s i o n a l c a s e i s d i s c u s s e d ．n I e e q u i v a l e n t p e r m e a b i l i

8、t y o ft h e m o d i f i e dm a g n e t i c n o d e i so b t a i n e d b ya v e r a g i n g t h ep e r m e a b i l i t yo f t h em e d i a i nt h eF D T D c e l li n c l u d i n g d i s p e r s i v et h i nl a y e Ln l e

9、 o b t a i n i n go f e q u i v a l e n tp e r m i t t i v i t yo f t h em o d i f i e de l e c t r i cn o d e i s a sf o l l o w s ：( 1 ) W h e nt h et h i nL o r e n t zl a y e ri s l o c a t e di n v a c u u m ，t h ee

10、 q u i v a l e n t p e r m i t t i v i t yo ft h em o d i f i e d e l e c t r i c n o d ei s o b t a i n e db yt h ea v e r a g e d o fv a c u u m a n d d i s p e r s i o nm e d i u m ．( 2 ) W h e n a m e t a li sc o a t

11、 e d 晰t h t h et h i nL o r e n t z l a y e r ，t h e s i t u a t i o nc a nb e s e p a r a t e d i n t o t w oc a s e s ．1 1 1 ee q u i v a l e n t p e r m i t t i v i t y C a nb eo b t a i n e d b yi n t e g r a t i n g

12、f r o mh a l f o f t h ec e l l l e f to f m o d i f i e dn o d e t oh a l f o f c e l lr i g h t o fm o d i f i e dn o d e ，w h i l e t h et h i c k n e s so f t h et h i nl a y e ri s g r e a t e rt h a nh a l fo f t h

13、 eF D T Dg r i d ．T h ee q u i v a l e n tp e r m i t t i v i t y c a l lb eo b t a i n e db yi n t e g r a t i n gf r o mac e l l l e f to f t h em o d i f i e dn o d et oa c e l lr i g h to f t h em o d i f i e d n o d

14、 e ，w h i l et h et h i c k n e s so ft h i nl a y e r i sl e s st h a nh a l f o f t h eF D T D g r i d ．T h i sm e t h o d c a n d e a l 、“t I lt h ec a s ei n c l u d i n gb o t ht h ee l e c t r i ca n d t h em a g n

15、 e t i cd i s p e r s i o n ．n l ec o m p u t e dr e s u l t so f o u r m e t h o d a r ei ng o o da g r e e m e n t 、析n l t h e r e s u l t so fc o n t i n u e df r a c t i o n m e t h o d a n di m p e d a n c eb o u n

16、d a r ym e t h o d ．S e c o n d ．C o m b i n g 、^ ，i t l lt h es h i f to p e r a t o rF D T D m e t h o da n d t h em e t h o do b t a i nt h ee q u i v a l e n tm e d i u mp a r a m e t e r sb yw e i g h t a v e r a g

17、eo f t h e m e d i a o ft h e c e l l i n c l u d i n gd i s p e r s i v et h i nl a y e r ，ag e n e r a lF D T D m e t h o df o rd e a l i n g w i t l lt h i nd i s p e r s i o nm e d i u ml a y e r si sp r o p o s e d

18、．n ep r o p o s e dm o d e li sb a s e do nt h em o d i f y i n go f t h en o d e u p d a t ee q u a t i o n s t o a c c o u n tf o rt h el a y e r , w h e r et h ee l e c t r i ca n d m a g n e t i cf l u xd e n s i t i