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基于表面阻抗边界条件的等离子体薄涂层电磁散射的时域有限差分分析

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物理学报 2013年第3期62卷 120-128页

作者：杨利霞马辉施卫东施丽娟于萍萍江苏大学计算机科学与通信工程学院通信工程系镇江212013 江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 江苏大学理学院物理系镇江212013

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性,该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分,大大减少了计算量.首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域... 详细信息

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性,该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分,大大减少了计算量.首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域表达式,然后代入边界条件并变换到时域,再用分段线性递推卷积方法将时域表达式离散得到FDTD迭代式.编程计算了垂直及斜入射情形下的平行极化和垂直极化反射系数,通过验证算例与解析解对比,结果表明该方法的准确性和有效性.最后利用该方法分析了不同入射角对反射系数的影响.

关键词：时域有限差分方法表面阻抗边界条件非磁化等离子体薄涂层

表面阻抗边界条件在时域有限差分算法中的实现

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表面阻抗边界条件在时域有限差分算法中的实现

作者：范亚男东南大学

学位级别：硕士

计算电磁学中的时域有限差分(FDTD)方法可以计算任意时刻和空间位置的电磁场分量,为复杂目标的电磁分析提供了有效的解决方法。但是,当我们利用传统的FDTD方法分析薄涂层涂覆目标的电磁特性时,需要对薄涂层进行细密的网格剖分,从而导致... 详细信息

计算电磁学中的时域有限差分(FDTD)方法可以计算任意时刻和空间位置的电磁场分量,为复杂目标的电磁分析提供了有效的解决方法。但是,当我们利用传统的FDTD方法分析薄涂层涂覆目标的电磁特性时,需要对薄涂层进行细密的网格剖分,从而导致计算时间和占用内存都急剧增加。因此,引入表面阻抗边界条件(SIBC)是非常必要的,我们用涂层表面的切向场分量来模拟其内部的场分布,这样可以避免对薄涂层的细网格划分,只需在其外部进行传统的粗网格剖分即可,这将大大节省计算时间并减少占用内存。首先,本文基于一阶表面阻抗边界条件,以损耗媒质半空间的电磁问题为切入点研究了平面导体结构和一般光滑曲面导体结构的共形表面阻抗模型,并将其应用于电磁散射的计算。随后,本文研究了平面波垂直入射及斜入射有耗介质薄涂层涂覆导体目标的SIBC-FDTD方法,对表面阻抗公式中的正切函数进行简单的有理近似,利用拉式变换对表面阻抗进行频域到时域的转换,详细推导了其实现过程,并数值验证了该方法的正确性,与传统FDTD方法相比,有效提髙了计算效率。然后,以Lorentz色散模型为例,研究了平面波垂直入射色散媒质涂覆导体目标的SIBC-FDTD方法,对正切函数进行连续有理近似,利用分段线性递归卷积(PLRC)方法迭代计算卷积积分,然后离散化,推导出三维情况下的SIBC-FDTD迭代公式,数值计算了反射系数的大小和相位,并进行了误差分析。最后,通过计算色散媒质薄层涂覆二维金属方柱的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)验证算法的有效性。综上所述,本文论述的SIBC-FDTD方法,有效解决了采用传统FDTD方法处理复杂介质薄涂层时,由于网格剖分过细所导致的计算时间和占用内存急剧增加的问题,为分析复杂目标的电磁问题提供了有效的解决方法。

关键词：时域有限差分方法表面阻抗边界条件涂覆色散媒质

基于表面阻抗边界条件的时域有限差分方法分析薄层人工电磁结构

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基于表面阻抗边界条件的时域有限差分方法分析薄层人工电磁结构

作者：周全恩南京理工大学

学位级别：硕士

近年来,超表面因其低损耗和低成本等特点逐渐取代超材料而成为人工媒质研究的一个研究热点。然而,由于超表面具有亚波长厚度,使用时域有限差分方法（FDTD）等时域方法对其进行建模仿真时需要精细网格,进而会消耗大量的计算机内存与仿真... 详细信息

近年来,超表面因其低损耗和低成本等特点逐渐取代超材料而成为人工媒质研究的一个研究热点。然而,由于超表面具有亚波长厚度,使用时域有限差分方法（FDTD）等时域方法对其进行建模仿真时需要精细网格,进而会消耗大量的计算机内存与仿真计算时间。因此亟需研究一种高效的时域电磁仿真方法来分析超表面结构。本文将超表面等效为阻抗表面,以表面阻抗边界条件代替超表面结构,进一步提出基于表面阻抗的FDTD算法来分析超表面结构。本文的主要工作如下:第二章介绍了FDTD算法的基本理论,包括电磁场分量的三维迭代公式及迭代中需满足的稳定性条件。同时,介绍了基于广义薄层跃迁条件（GSTC）的时域有限差分算法,并通过算例验证该方法的准确性。第三章介绍了将表面边界条件应用于石墨烯结构的FDTD方法,由于石墨烯的表面阻抗可以由其表面电导率的倒数表示,在处理色散问题时,只需要在表面阻抗边界条件中以Drude形式的表面电导率来表征石墨烯。接着应用上述方法分析了不同化学势和载流子弛豫时间对石墨烯电磁特性的调控作用。最后进一步设计了一种石墨烯宽带吸波器,吸收带宽能达到0.82THz,中心频率约为1.68THz。第四章详细介绍了基于表面阻抗边界条件（SIBC）的FDTD方法,首先结合等效传输线电路模型,将反射型超表面等效为阻抗表面,使用GSTC方法提取超表面的表面阻抗,并应用矢量拟合技术将其拟合成有理分式累加的形式。进一步分别提出了基于非穿透型和穿透型表面阻抗边界条件的FDTD方法,并通过一系列算例验证该方法的准确性。在FDTD迭代求解过程中以表面阻抗边界条件来代替超表面,大大缩减了横向与纵向的剖分网格,节省了计算机内存和仿真时间。最后通过反射阵列的仿真分析,讨论了不同耦合情况下SIBC-FDTD方法的仿真精度,仿真结果表明当单元间耦合较弱时,本文提出的方法具有较高的精度,当单元间耦合较强时,本文提出的方法仿真精度降低。

关键词：时域有限差分方法表面阻抗边界条件超表面石墨烯波束偏转波束聚焦吸波器

欧姆损耗对太赫兹频段同轴表面波振荡器的影响

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物理学报 2015年第7期64卷 178-183页

作者：陈再高王建国王玥张殿辉乔海亮西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 西北核技术研究所西安市710024

为了研究欧姆损耗对太赫兹波段真空电子器件工作特性的影响,本文推导了2.5维全电磁粒子模拟软件UNIPIC的表面阻抗边界条件,并采用软件对不同金属材料慢波结构的同轴结构表面波振荡器进行了数值模拟研究,分析了不同金属材料慢波结构器件... 详细信息

为了研究欧姆损耗对太赫兹波段真空电子器件工作特性的影响,本文推导了2.5维全电磁粒子模拟软件UNIPIC的表面阻抗边界条件,并采用软件对不同金属材料慢波结构的同轴结构表面波振荡器进行了数值模拟研究,分析了不同金属材料慢波结构器件的输出功率与电导率的关系,模拟结果表明:金属电导率对器件的输出功率有非常大的影响,对于0.14 THz同轴表面波振荡器,铜材料和不锈钢材料慢波结构器件的输出功率分别下降13.4%和63.9%,起振时间分别延迟0.4 ns和15 ns.

关键词：太赫兹表面波振荡器表面阻抗边界条件粒子模拟

基于有理近似方法的表面阻抗边界算法研究与实现

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基于有理近似方法的表面阻抗边界算法研究与实现

2022年全国微波毫米波会议

作者：陈立志金晓林林冠杰刘凯晖蔡文劲雷雳计算机仿真技术研究院电子科学与工程学院电子科技大学

基于时域电磁仿真需求,针对表面阻抗边界条件(SIBC)从频域变换到时域较复杂的问题,本文介绍了一种有理近似算法,并在自研的电磁仿真软件玉衡上实现了该算法。本文给出了数值算例,并将数值仿真结果与商业软件CST进行了比较,二者的一致性... 详细信息

基于时域电磁仿真需求,针对表面阻抗边界条件(SIBC)从频域变换到时域较复杂的问题,本文介绍了一种有理近似算法,并在自研的电磁仿真软件玉衡上实现了该算法。本文给出了数值算例,并将数值仿真结果与商业软件CST进行了比较,二者的一致性较好,验证了该算法的准确性及可行性。

关键词：时域有限差分有耗金属表面阻抗边界条件拉普拉斯反演有理近似

来源： cnki会议评论

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多层金属镀膜导波结构传输特性的研究

多层金属镀膜导波结构传输特性的研究

作者：梁昌举西安电子科技大学

学位级别：硕士

对导波结构进行多层金属镀膜,可以在改善传输特性、提高抗腐蚀性的同时,极大地降低其制造成本。多层金属镀膜对导波结构传输特性的影响,是工程实际中不得不考虑的关键因素之一,因此,必须对其进行有效的建模和分析。而多层金属镀膜的等... 详细信息

对导波结构进行多层金属镀膜,可以在改善传输特性、提高抗腐蚀性的同时,极大地降低其制造成本。多层金属镀膜对导波结构传输特性的影响,是工程实际中不得不考虑的关键因素之一,因此,必须对其进行有效的建模和分析。而多层金属镀膜的等效趋肤深度和等效表面阻抗,是多层金属镀膜导波结构边界条件的直接反映,是分析多层金属镀膜导波结构的基础和关键,必须要首先加以分析。四分量紧凑格式二维频域有限差分(2-D CFDFD)算法,是求解理想导波结构传输特性的有效方法之一。该算法通过加入表面阻抗边界条件,便可完全适用于包括多层金属镀膜边界在内的有耗边界导波结构的分析。利用此算法,最后可以得到一个用于计算每个节点场分量的稀疏系数矩阵。通过求解该系数矩阵的特征值,在给定的频率上,便可以很容易地获得导波结构的传播常数。本文首先讨论给出多层金属镀膜的等效趋肤深度和等效表面阻抗,然后利用2-D CFDFD算法结合表面阻抗边界条件,对包括多层金属镀膜边界在内的有耗边界导波结构的传播常数进行计算,并给出数值结果。

关键词：二维频域有限差分多层金属镀膜趋肤深度表面阻抗边界条件

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半无限大有耗地面的FDTD截断分析

科学技术与工程 2012年第12期20卷 2923-2924,2928页

作者：张敏廖成常雷西南交通大学电磁场与微波技术研究所成都610031

通过在时域有限差分(FDTD)方法中采用有限厚度地面等效的方法截断无限大有耗地面。分析了采用该方法宜选取的地面厚度。用该方法模拟了有耗地面对其附近电磁波的影响,并将其与采用阻抗边界条件(SIBC)计算得到的结果进行对比。计算结果... 详细信息

通过在时域有限差分(FDTD)方法中采用有限厚度地面等效的方法截断无限大有耗地面。分析了采用该方法宜选取的地面厚度。用该方法模拟了有耗地面对其附近电磁波的影响,并将其与采用阻抗边界条件(SIBC)计算得到的结果进行对比。计算结果表明了该方法的有效性。同时,还分析了等效地面的厚度对计算结果的影响。

关键词：时域有限差分有限厚度地面电磁散射表面阻抗边界条件

FDTD-SIBC混合方法计算近地导线表面电流

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电波科学学报 2001年第4期16卷 484-486,492页

作者：闫玉波葛德彪柴玫西安电子科技大学物理系陕西西安710071

通过在 FDTD方法中引进时域表面阻抗边界条件来研究瞬态电磁脉冲对有耗地面附近电缆线耦合问题。由频域表面阻抗出发通过拉氏变换得到时域表面阻抗边界条件( SIBC) ,并将这种边界条件应用于 FDTD方法中来模拟有耗地面的反射。

关键词：时域有限差分方法表面阻抗边界条件时域表面电流

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一种改进的涂覆层细导线FDTD方法研究

一种改进的涂覆层细导线FDTD方法研究