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一种强鲁棒性的时域非连续伽略金可穿透薄层算法

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物理学报 2023年第8期72卷 67-76页

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院西安710071 电磁散射重点实验室北京110000

本文研究了时域非连续伽略金算法(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)中的可穿透薄层问题,薄层问题属于多尺度问题,精确建模资源消耗太高难以实施,可采用近似方案.研究发现采用等效表面电流激励易产生发散,为提高计算方案鲁棒性... 详细信息

本文研究了时域非连续伽略金算法(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)中的可穿透薄层问题,薄层问题属于多尺度问题,精确建模资源消耗太高难以实施,可采用近似方案.研究发现采用等效表面电流激励易产生发散,为提高计算方案鲁棒性,研究了电磁场修正方案,这一方案允许采用参数很大的薄层(高介电系数),其计算方法简便易行.此外,还给出了多层介质薄层的仿真方案,并对相关数值算例进行验证,结果说明了本文算法的精确性和有效性,本文方案可用于复杂薄层电磁问题的快速求解.

关键词：可穿透薄层多尺度问题时域非连续伽略金算法

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一种简化的时域非连续伽略金阻抗边界算法

物理学报 2023年第6期72卷 11-20页

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院西安710071 北京环境特性研究所电磁散射重点实验室北京100854

针对时域非连续伽略金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法中的阻抗边界条件问题开展研究.阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部,其在时域数值算法中的实现有一定难度.另一方面,DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗... 详细信息

针对时域非连续伽略金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法中的阻抗边界条件问题开展研究.阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部,其在时域数值算法中的实现有一定难度.另一方面,DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗边界条件,这也进一步增加了频时转换难度.为了能给出简化的DGTD阻抗边界算法,本文首先针对数值通量表达式进行推导,得到一个特定函数Z_(R),该函数包含频域算符jω,函数以外表达式不含频域算符jω,这样就可以仅处理Z_(R)的频时转换问题.由于Z_(R)形式复杂,对Z_(R)进行矢量匹配处理,得到关于jω的一阶有理分式,进而得到其时域迭代式.这一过程简明、易于实施,还可避开矩阵计算.本文方案经一维及三维算例验证,精度很好,针对特定电磁问题如涂覆层问题可大幅降低计算时间.

关键词：阻抗边界条件矢量匹配时域非连续伽略金算法

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金属片狭缝的快速DGTD算法研究

电波科学学报 2023年

作者：杨谦魏兵李林茜西安电子科技大学物理学院

某些精细结构仿真（如周期结构）中常含有金属片狭缝结构，此类结构精确仿真需要适应狭缝网格尺寸，消耗计算资源较大。为解决此问题，本文借鉴本小组前期细导线研究基础，基于电磁学理论中的对偶原理，细导线可等效为电流，金属狭缝可... 详细信息

某些精细结构仿真（如周期结构）中常含有金属片狭缝结构，此类结构精确仿真需要适应狭缝网格尺寸，消耗计算资源较大。为解决此问题，本文借鉴本小组前期细导线研究基础，基于电磁学理论中的对偶原理，细导线可等效为电流，金属狭缝可等效为磁流。在研究中将金属片狭缝等效为磁流，从而避开复杂的前处理建模过程，可以降低建模及计算难度。算例表明，本文方案精确度较高，且能大幅降低计算资源，对其进一步优化研究可为相关多尺度问题提供技术储备。

关键词：时域非连续伽略金法周期结构金属片狭缝细导线快速算法

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一种简化的DGTD阻抗边界算法

物理学报 2023年

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川电磁散射重点实验室西安电子科技大学物理学院

本文针对时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的阻抗边界条件问题开展研究。阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部，其在时域数值算法中的实现有一定难度。另一方面，DGTD算法中数值通量表达式... 详细信息

本文针对时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的阻抗边界条件问题开展研究。阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部，其在时域数值算法中的实现有一定难度。另一方面，DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗边界条件，这也进一步增加了频时转换难度。为了能给出简化的DGTD阻抗边界算法，本文首先针对数值通量表达式进行推导，得到一个特定函数■，该函数包含频域算符jω，函数以外表达式不含频域算符jω，这样就可以仅处理■的频时转换问题。由于■形式复杂，对■进行矢量匹配（vector-fitting，VF）处理，得到关于jω的一阶有理分式，进而得到其时域迭代式。这一过程简明、易于实施，还可避开矩阵计算。本文方案经一维及三维算例验证，精度很好，针对特定电磁问题如涂覆层问题可大幅降低计算时间。

关键词：阻抗边界条件矢量匹配时域非连续伽略金算法

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一种强鲁棒性的DGTD可穿透薄层算法

物理学报 2023年

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院电磁散射重点实验室

本文研究了时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的可穿透薄层问题，薄层问题属于多尺度问题，精确建模资源消耗太高难以实施，可采用近似方案。研究中发现采用等效表面电流激励易产生发散，为提高计算... 详细信息

本文研究了时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的可穿透薄层问题，薄层问题属于多尺度问题，精确建模资源消耗太高难以实施，可采用近似方案。研究中发现采用等效表面电流激励易产生发散，为提高计算方案鲁棒性，我们研究了电磁场修正方案，这一方案允许采用参数很大的薄层（高介电系数），其计算方法简便易行。此外，我们还给出了多层介质薄层的仿真方案。文中给出了相关数值算例进行验证，结果说明了本文算法的精确性和有效性，本文方案可用于复杂薄层电磁问题的快速求解。

关键词：可穿透薄层多尺度问题时域非连续伽略金算法

色散介质电磁特性时域有限差分分析的Newmark方法

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物理学报 2014年第10期63卷 107-113页

作者：王飞魏兵李林茜西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071

根据Debye模型、Drude模型和Lorentz模型3种常见色散介质模型频域极化率的特点,利用频域到时域的转换关系jω→?/?t,将极化矢量P与电场强度E的频域关系转换成时域内关于P的二阶微分方程,其对3种色散介质模型皆适用,具有统一的形式.然后... 详细信息

根据Debye模型、Drude模型和Lorentz模型3种常见色散介质模型频域极化率的特点,利用频域到时域的转换关系jω→?/?t,将极化矢量P与电场强度E的频域关系转换成时域内关于P的二阶微分方程,其对3种色散介质模型皆适用,具有统一的形式.然后采用相比于中心差分具有更高精度的Newmark两步算法(Newmark-β-γ法)求解该方程,进而得到E→P的递推公式,再结合本构关系得到D→E的时域递推式.实现了色散介质电磁场量的时域有限差分迭代计算.数值计算结果表明该方法是适用于3种色散介质模型的通用算法,并且相比于移位算子时域有限差分方法等以中心差分为基础的离散方案具有更高的计算精度.

关键词： Newmark方法色散介质电磁散射时域有限差分方法

基于Newmark算法的任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析

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物理学报 2014年第16期63卷 155-161页

作者：王飞魏兵杨谦李林茜西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071

利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量,再通过频域到时域的转换关系jω→?/?t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系.然后采用Newmark方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧... 详细信息

利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量,再通过频域到时域的转换关系jω→?/?t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系.然后采用Newmark方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧体电磁问题的Newmark时域有限差分算法.利用此算法计算了饱和磁化铁氧体层的反(透)射系数和饱和磁化铁氧体球的后向雷达散射截面,所获得的结果验证了此算法的正确有效性.

关键词： Newmark方法饱和磁化铁氧体电磁散射时域有限差分方法

色散手征介质FDTD分析的Newmark方法

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西安电子科技大学学报 2017年第1期44卷 40-44,124页

作者：王飞魏兵杨谦李林茜西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 西安电子科技大学信息感知技术协同创新中心陕西西安710071

基于Newmark算法,给出一种处理色散手征介质电磁问题的显式时域有限差分方法.根据色散手征介质电磁参数特点,在本构关系中定义了4个中间变量,并建立对应的辅助微分方程;然后,将动力学经典Newmark步进算法应用于辅助微分方程;最后,结合... 详细信息

基于Newmark算法,给出一种处理色散手征介质电磁问题的显式时域有限差分方法.根据色散手征介质电磁参数特点,在本构关系中定义了4个中间变量,并建立对应的辅助微分方程;然后,将动力学经典Newmark步进算法应用于辅助微分方程;最后,结合本构关系和麦克斯韦旋度方程实现了色散手征介质的时域有限差分显式迭代计算.计算了色散手征介质层的同极化和交叉极化反透射系数和色散手征介质球的双站雷达散射截面,与解析结果对比,表明该算法正确有效.

关键词： Newmark方法色散手征介质电磁散射时域有限差分方法

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细导线结构在DGTD中的仿真

细导线结构在DGTD中的仿真