计算电磁学

摘要： 随着设计复杂度的提高和工作频率的提升,无线部件与系统的多尺度特性日益显著,它们的电磁仿真与优化均受制于多尺度电磁计算。在多尺度电磁计算中,精细结构的存在导致局部网格过密,这造成了系统矩阵病态和计算效率低下的问题。等效建模技术利用小尺度结构等效模型进行多尺度电磁计算,从而避免局部网格过密导致的系统矩阵病态问题。总结了多尺度电磁计算及等效建模的研究背景与现状,介绍了课题组针对多尺度电磁计算涉及的金属细线结构、低剖面天线等典型小尺度结构提出的等效模型,展示了等效建模技术在多尺度电磁计算中的应用及优势,并讨论了其未来发展趋势。

摘要： 为解决计算目标散射时磁场积分方程精确度较低这一问题,提出使用双线性基函数应用于磁场积分方程分析目标散射问题.推导了双线性基函数填充磁场积分方程的矩阵阻抗元素并对其采用奇异值提取法进行处理,从而对目标结构的双站RCS进行计算和分析.结果 表明,双线性基函数相较于传统的平面RWG基函数,在使用相同甚至尺寸更大的剖分面片拟合目标散射体表面,即在保证不增加计算量的同时,能够有效提高磁场积分方程在计算曲面结构和尖锐结构散射问题时的精确度.

摘要： 崔铁军,中国科学院院士,东南大学首席教授,IEEEFellow,长期从事电磁超材料和计算电磁学研究,创建了信息超材料新方向.2001年受聘东南大学长江学者特聘教授,2002年获得国家杰出青年科学基金.在国内外知名学术刊物发表论文500余篇,被引用39000余次、H因子97,多次入选科睿唯安高被引科学家.

摘要： 通过讨论几类典型的金属色散模型以及辅助微分方程处理金属色散介质的方法,比较分析了不同色散模型拟合银介电系数的差异.在此基础上,利用时域有限差分(FDTD)法对银纳米孔阵列透射特性进行建模计算,研究分析不同金属色散模型对数值结果的影响.研究表明:由自由电子气等理想假设推导的色散模型仅在非常有限的频带范围内能够拟合实际金属的介电系数,增加Lorentz谐振项与介电系数拟合值的精确性不是线性提高的关系;而通过能带理论分析对Drude模型进行修正得到的Drude2cp模型,能够在更宽的频带范围内拟合金属银的介电响应过程,使FDTD算法具有更好的计算精度.

摘要： 尽管机器学习(ML)在回归和分类应用中显示出了巨大的潜力,但它是否能在速度或精度方面成为科学计算的新引擎,仍然是一个问题.在信号完整性(SI)、功率完整性(PI)、电磁兼容(EMC)及电磁干扰的分析上,我们尤其感兴趣的是,将ML用于计算电磁学(CEM)的可能性.通过我们最近开发的基于ML的CEM算法可知,在SI/PI、EMC/EMI相关建模中,可以从三个方面使用ML方法:辅助模型生成、黑箱建模和算法更新.文中以几种计算电磁学算法为例,讨论了这三种方法在SI/PI、EMC/EMI相关建模中的应用,并根据我们的见解提供了每种方法的优缺点.

摘要： 通过讨论几类典型的金属色散模型以及辅助微分方程处理金属色散介质的方法,比较分析了不同色散模型拟合银介电系数的差异。在此基础上,利用时域有限差分(FDTD)法对银纳米孔阵列透射特性进行建模计算,研究分析不同金属色散模型对数值结果的影响。研究表明:由自由电子气等理想假设推导的色散模型仅在非常有限的频带范围内能够拟合实际金属的介电系数,增加Lorentz谐振项与介电系数拟合值的精确性不是线性提高的关系;而通过能带理论分析对Drude模型进行修正得到的Drude2cp模型,能够在更宽的频带范围内拟合金属银的介电响应过程,使FDTD算法具有更好的计算精度。

摘要： 针对等效原理算法(equivalent principle algorithm,EPA)中的单位算子采用传统数值离散方式导致精度差的问题,提出了一种混合的数值离散方式来提高计算精度.该混合离散方式将等效面上的电流用传统RWG (Rao-Wilton-Glisson)基函数展开,磁流用BC (Buffa-Christiansen)基函数展开,再分别用(n)×BC和(n)×RWG作为测试函数对电流和磁流进行测试,即在单位算子的对偶空间里对其进行测试.本文还将多层快速多极子方法(multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)用于加速EPA中的矩矢相乘计算.最后通过数值算例说明了该方法的正确性和有效性.

摘要： With the rapid development of computational electromagnetics and computer technology, electromagnetic scattering modeling and simulation technology has shifted from algorithm research to production, integration and engineering. This paper analyzes the engineering requirements for electromagnetic modeling and simulation technology, summarizes the key problems and solutions in electromagnetic modeling and simulation process such as geometric modeling, mesh generation, electromagnetic computation and model validation, and summarizes the characteristics of electromagnetic modeling and simulation technology.%随着计算电磁学和计算机技术的迅速发展,电磁散射特性建模技术从算法研究向产品化、集成化、工程化发展.文中分析了探测、识别、伪装等实际工程应用中对电磁散射特性建模技术的具体需求,总结了几何建模、网格剖分、电磁计算和模型验证等建模流程中存在的关键问题与解决方式,以及电磁散射建模技术的发展特点.

摘要： 给出了基于Fock电流和增量长度绕射技术(Incremental Length Diffraction,ILDC)得到的三维凸目标上的高频散射场的表达式,应用路径变换法和数值最速下降路径(Numerical Steepest Descent Path,NSDP)方法计算基于Fock电流的高振荡积分,得到散射场,数值算例显示,使用这一方法计算高频散射场,可以获得比现有算法更高的效率和准确度.

摘要： 阻抗矩阵的快速填充方法和快速求解方法是计算电磁学的研究重点.本文提出了一种新型的阻抗矩阵快速填充算法.该方法在几何分块的基础上,使用HRWG函数作为基函数和测试函数离散积分方程,得到该分块矩阵的稀疏化分解,并在此基础上实现矩量法的快速填充.数值举例表明该算法具有较高的精度和效率,能够用于电磁散射问题快速求解.

摘要： 文中对麦克斯韦方程组超定问题进行探讨。研究认为，Stratton解释有内在循环逻辑错误，两微分方程不能忽略。计算电磁学的感性认识，只求被友方程，diva=0,divD=0不憾满足，弃用；只求被反方程，diva=0,divD=0能自动满足；x均匀各向同性介质，无电着电流源；各种情形全部都解。定义II解释了定义I中的超定问题:旋度散度、麦氏方程、弹性力学平衡方程、爱因斯坦方程、Yang-Mills方程，存在类Bianchi恒等式。猜想，表面上显然正确，证明很困难。假设线性偏微分方程组的解存在且唯一，且在定义I意义下超定、则此方程在定义II下适定。假设线性偏微分方程组的解存在，且在定义II意 义下欠定，定义I下适定、则解无穷多。假设线性偏微分方程组在定义II下超定，则无解。

摘要： 随着问题的规模不断变大,矩量法矩阵填充和方程求解所需时间也增大.解决该问题的办法之一是开发基于并发处理的矩量法程序.本文提出了一种新型的矩量法并行实现方法.在共享存储的并行环境下,该方法采用棋盘状的并行策略对基于HRWG基函数的一个矩阵快速分块填充方法实现并行化的填充,基于分块的填充方法实现CGS迭代求解中矩阵向量积的并行化.此外,该方法被用于数值测试,数值结果说明该方法具有较高的并行效率.

摘要： 随着问题的规模不断变大,矩量法矩阵填充和方程求解所需时间也增大.解决该问题的办法之一是开发基于并发处理的矩量法程序.本文提出了一种新型的矩量法并行实现方法.在共享存储的并行环境下,该方法采用棋盘状的并行策略对基于HRWG基函数的一个矩阵快速分块填充方法实现并行化的填充,基于分块的填充方法实现CGS迭代求解中矩阵向量积的并行化.此外,该方法被用于数值测试,数值结果说明该方法具有较高的并行效率.

摘要： 随着问题的规模不断变大,矩量法矩阵填充和方程求解所需时间也增大.解决该问题的办法之一是开发基于并发处理的矩量法程序.本文提出了一种新型的矩量法并行实现方法.在共享存储的并行环境下,该方法采用棋盘状的并行策略对基于HRWG基函数的一个矩阵快速分块填充方法实现并行化的填充,基于分块的填充方法实现CGS迭代求解中矩阵向量积的并行化.此外,该方法被用于数值测试,数值结果说明该方法具有较高的并行效率.

摘要： 随着问题的规模不断变大,矩量法矩阵填充和方程求解所需时间也增大.解决该问题的办法之一是开发基于并发处理的矩量法程序.本文提出了一种新型的矩量法并行实现方法.在共享存储的并行环境下,该方法采用棋盘状的并行策略对基于HRWG基函数的一个矩阵快速分块填充方法实现并行化的填充,基于分块的填充方法实现CGS迭代求解中矩阵向量积的并行化.此外,该方法被用于数值测试,数值结果说明该方法具有较高的并行效率.

摘要： 时域离散伽略金法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)是一种兼备时域有限元(FETD)网格剖分的灵活性和时域有限差分(FDTD)显式迭代特点的新兴算法.现有文献在非结构网格情形下相邻四面体公共面的判定方面缺乏简便的快速算法.本文给出一种基于"空间投盒子"技术的四面体公共面快速判断方法.数值结果说明了本文算法的准确性和有效性.

摘要： 时域离散伽略金法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)是一种兼备时域有限元(FETD)网格剖分的灵活性和时域有限差分(FDTD)显式迭代特点的新兴算法.现有文献在非结构网格情形下相邻四面体公共面的判定方面缺乏简便的快速算法.本文给出一种基于"空间投盒子"技术的四面体公共面快速判断方法.数值结果说明了本文算法的准确性和有效性.

摘要： 时域离散伽略金法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)是一种兼备时域有限元(FETD)网格剖分的灵活性和时域有限差分(FDTD)显式迭代特点的新兴算法.现有文献在非结构网格情形下相邻四面体公共面的判定方面缺乏简便的快速算法.本文给出一种基于"空间投盒子"技术的四面体公共面快速判断方法.数值结果说明了本文算法的准确性和有效性.

摘要： 本发明公开了一种物理电磁学多功能实验仪器，其结构包括前盖板、显示面板、按钮、实验主机，所述前盖板前端左侧嵌有显示面板，并且按钮安装在前盖板前端右侧，通过弹簧管套内部的弹簧对顶杆施加弹力，将卡合机构的角度调节至学生观看的最佳角度后，将电路板放置在放置板前端面上，学生直观的看出测量的是电路板上的哪个电子元件所产生的的电信号，提高教学效果，卷线盘内部的弹簧片产生螺旋弹力，将导线卷回卷线盘外侧，避免导线发生缠绕打结，将测量笔卡入两个扣合板内侧，两个扣合板复位将测量笔外侧进行紧密卡合，气囊泡进行鼓起对测量笔外侧进行紧密抵触，提高测量笔卡合安装的牢固性，避免测量笔发生丢失。

摘要： 本发明公开基于RFID和时间反演电磁学的传感系统，属于传感技术领域，包括多个阵列排布的RFID天线传感器和其周围的多个TRM收发一体单元，各RFID天线传感器均对应一个空间位置，内部存储所有空间位置的仿真时间反演信号；对一待测空间位置，各TRM收发一体单元将对应仿真时间反演信号进行处理，发射后在待测空间位置汇聚成高斯脉冲电磁波信号，待测空间位置处的RFID天线传感器反射回蕴含当前环境位置信息的天线反射电磁波，经各TRM收发一体单元实时处理后，获得待测空间位置的环境变化。本发明可实现对空间中任意位置传感器的实时读取，进而获取环境信息，具有高信息保留度、高空间分辨率和高能量利用率的特点。

摘要： 本发明公开了一种基于电磁学的试验仪器，包括柜体，所述柜体的内部安装有可竖直上下滑动的升降板，所述升降板的顶部安装有电磁仪器，且所述升降板与电磁仪器之间设有绝缘层，所述升降板的侧壁通过销轴安装有两个可转动打开或闭合的弧形罩，且所述弧形罩与升降板均为导体；还包括接地组件，当所述升降板上移将电磁仪器伸出柜体外使用时，接地组件将两个弧形罩和升降板接地，使两个弧形罩内处于静电屏蔽状态。本发明利用静电屏蔽来对内部的电磁仪器起到保护的作用，防止外界对电磁仪器造成电磁干扰，从而保证实验数据的准确性和实验的稳定进行。

摘要： 本实用新型涉及一种教学演示用具,将物理电磁学中的40余种实验器材融为一体,通过制作、实验、编题、计算、验证等不同手段,对初中电磁学知识进行系统地复习。包括交流电路部分、直流电路部分和将交、直流电路部分紧密结合在一起的电磁继电器控制电路和电磁继电器。交流电路部分包括各种开关、灯、保险、插头座、交/直流电源等,直流电路部分包括电源、开关、电压电流表、电铃、电动机、有色信号灯等。科学严格、生动有趣。

摘要： 本实用新型公开了一种高中物理电磁学教学展示装置，包括透明箱，透明箱内部底端设有升降机构，透明箱表面一侧设有驱动机构，驱动机构顶部设有手推机构，透明箱内部上方设有安装箱，安装箱顶端贯穿至内部设有用安放电池的安放槽，安装箱顶部通过定位销转动设有用于对安放槽顶部进行遮挡的定位盖，定位盖顶部连通设有用于安放的容纳筒，容纳筒内部设有抵接机构。本实用新型便于将不同数量的电池安装抵压在安装箱内部，使得在使用时可以通过向安装箱内部安装不同数量的电池来进行不同大小电磁的教学展示工作，另外对安装箱的高度进行调整，便于观看不同距离的电磁对透明箱内部的金属屑的磁性力。

摘要： 本发明属于计算电磁学、高性能计算领域，具体为一种基于体和面混合GPU并行的计算电磁学时域间断伽辽金方法。本发明基于图形处理器GPU来进行并行计算，将电场和磁场计算过程分别划分为三个核函数：体积分核函数、面积分核函数、时间更新核函数。对于DGTD时域电磁学问题半离散格式，体积核函数用于求其右端的体右端项，面积核函数用于求其右端的求和项中的面右端项，时间更新核函数将其所有右端项求和，并使用蛙跳时间格式求出关于时间t的微分方程进行时间推进。最终，本发明提供了一种新的DGTD方法求解时域电磁学问题路径，且效果优于现有技术。

摘要： 本发明属于时域计算电磁学领域，涉及一种基于混合网格及时间步长的电磁学多尺度计算方法。本发明通过将多尺度时域电磁问题分解为宏观尺度与微观尺度两部分，实现了尺度分离，有效降低了原问题的求解规模，并且在微观单元采用适合其特点的混合网格进行离散，进一步降低了其求解自由度。在时间迭代方面，对于不同的微观单元采用了独立的时间步长进行时间离散，有效避免了局部微观网格尺寸过小导致时间迭代次数过多的缺点。在通过微观问题求解出微观信息后，实现宏观问题与微观问题之间的耦合，将其代入宏观问题并采用宏观时间步长进行迭代求解，最终达到高效求解多尺度时域电磁问题的技术效果。

摘要： 本发明属于时域计算电磁学领域，涉及一种基于混合网格及时间步长的电磁学多尺度计算方法。本发明通过将多尺度时域电磁问题分解为宏观尺度与微观尺度两部分，实现了尺度分离，有效降低了原问题的求解规模，并且在微观单元采用适合其特点的混合网格进行离散，进一步降低了其求解自由度。在时间迭代方面，对于不同的微观单元采用了独立的时间步长进行时间离散，有效避免了局部微观网格尺寸过小导致时间迭代次数过多的缺点。在通过微观问题求解出微观信息后，实现宏观问题与微观问题之间的耦合，将其代入宏观问题并采用宏观时间步长进行迭代求解，最终达到高效求解多尺度时域电磁问题的技术效果。

摘要： 本发明属于计算电磁学、高性能计算领域，具体为一种基于体和面混合GPU并行的计算电磁学时域间断伽辽金方法。本发明基于图形处理器GPU来进行并行计算，将电场和磁场计算过程分别划分为三个核函数：体积分核函数、面积分核函数、时间更新核函数。对于DGTD时域电磁学问题半离散格式，体积核函数用于求其右端的体右端项，面积核函数用于求其右端的求和项中的面右端项，时间更新核函数将其所有右端项求和，并使用蛙跳时间格式求出关于时间t的微分方程进行时间推进。最终，本发明提供了一种新的DGTD方法求解时域电磁学问题路径，且效果优于现有技术。

摘要： 本发明公开一种基于杂交时域间断伽辽金法的时域计算电磁学数值方法，应用于时域计算电磁学数值求解领域，通过在相邻体单元交界面单元上引入一个杂交项，用来定义电磁场的数值通量，运用隐式的Crank‑Nicolson时间格式对引入杂交项后的三维时域Maxwell方程组进行离散处理，得到只与杂交项有关的全局线性系统，通过求解杂交项，得到每个单元的电磁场，能有效避免现有时域电磁场数值方法在处理多尺度装备在复杂电磁环境下的计算时间、内存与精度的不足。