时域有限差分法(FDTD)

摘要： 探地雷达(ground penetrating radar,GPR)对非金属管道进行探测识别时,填埋在不同介质中的非金属管道雷达回波频率并不固定.为深入研究非金属管道的电磁波反射规律,文章建立了时域有限差分法(fi-nite difference time domain,FDTD)正演模型,对不同埋深、不同填埋介质及不同入射波中心频率的情况进行正演计算,得出非金属管道在不同填埋介质中的探地雷达回波频率分布规律;进一步通过理论分析,得出回波频率中心变化的原因是由于管顶及管底电磁反射波相位发生了变化,并且不同中心频率的入射波会激发对应的回波频率.%When using ground penetrating radar(GPR) to detect the nonmetallic pipeline,it can be found that the GPR echo of nonmetallic pipeline in different landfill media is not always fixed.In order to study the properties of electromagnetic wave reflection of the nonmetallic pipeline,the finite differ-ence time domain(FDTD)forward model is established.Using the model,frequency distribution of electromagnetic wave reflection of the nonmetallic pipeline is gotten by forward calculation with differ-ent depth,different landfill media and different incident wave.The result of theoretical analysis shows that phase change of wave reflection between the pipe top and pipe bottom is the reason of nonmetallic pipeline's GPR echo frequency center drift.It can also be found that the incident wave with different center frequencies will excite corresponding echo frequencies.

摘要： 针对市政工程非金属给排水管道堵塞点定位工程问题,文章从探地雷达(ground penetrating radar,GPR)信号受迫响应频域角度识别管道内水位以实现对堵塞点定位.对于非金属管道,以PVC管为代表建立时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)正演模型,演示了电磁波在PVC管道内的受迫响应过程;分别使用矩阵束法和快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)法取得受迫响应频率,进一步由正演计算得出不同水位高度受迫响应频率曲线;由受迫响应频域识别的影响因素分析,得出识别误差受入射波带宽和填埋土层介电常数影响较大;设计了沙槽实验模型,获取不同水位的GPR实测数据;对实测数据进行分析,并应用FDTD正演模型进行拟合,拟合结果与实际相符合.%The novel solution to locate the nonmetallic pipeline jam in the municipal engineering is proposed.It is based on the ground penetrating radar(GPR)detection,using the target's forced response frequency domain to identify the water level in the pipeline.According to the identification,the point of piping blockage is positioned.Taking the PVC pipe as an example,the finite-difference time-domain(FDTD)forward model is built,so that the electromagnetic wave's forced response process in the pipeline is demonstrated.Matrix pencil method and fast Fourier transform(FFT)are used to calculate the forced response frequency respectively.Furthermore,the trend curve that shows the different forced response frequency of different water level in pipeline is drawn.Influence factors of forced response frequency are also discussed.It is shown that the GPR's bandwidth and the soil's dielectric constant around the pipe have effect on the forced response frequency.Finally,a sand tank experimental model is designed to get GPR measured data of different water level.The FDTD forward model is used to fit the measured data,and it is concluded that the identification is consistent with the theory.

摘要： 大开口半球形相控换能器能够最大化覆盖颅骨表面,使超声能量尽可能多地穿越颅骨到达治疗靶区,从而避免颅骨处能量沉积。该文基于人体头颅结构建立三维高强度聚焦超声(HIFU)经颅传播模型,利用时域有限差分法(FDTD)结合Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程进行温度场数值仿真,首先研究小开口换能器的阵元信号激励频率、激励面积比、阵元半径和阵元数对其形成温度场的影响及变化规律,其次将这些规律应用于大开口换能器,并对其形成温度场特性进行研究。小开口换能器结果表明,在一定频率范围内,焦域中心温度随激励频率增加而升高,而54°C以上区域长轴长逐渐减小,短轴长基本无变化;激励总功率一致时,激励面积比越大,焦域中心温度越高,54°C以上区域长轴、短轴较长;使用小开口直径换能器模型筛选的阵元激励频率和激励面积比可应用于设计大开口换能器,为大开口换能器的开发提供结构参数。

摘要： 探地雷达是目前道路检测常用工具之一.由于地下介质情况复杂,为了提高探地雷达解释的精度,需对探地雷达检测结果进行数值处理.文中通过建立与道路实际情况相对应的地电模型,运用时域有限差分法(FDTD)进行正演模拟分析,模拟结果表明运用有限差分法能获得道路结构的理论雷达图像,通过对雷达图像的分析和识别,能为实测雷达数据的反演解释提供参考,提高数据解释的精度.

摘要： 基于FDTD(时域有限差分法)对任意入射电磁波对电子设备带孔缝腔体的耦合效应进行了研究.对典型电子设备的开孔腔体进行仿真,计算不同情形下腔体内场强分布,根据仿真数据进行分析,得出一定的耦合规律,从而进行更好的屏蔽设计.研究结果表明:入射波正对孔缝照射时耦合效应最强,背面照射次之,腔体侧面照射时耦合效应最弱;入射波极化方向与孔缝长边垂直时耦合效应最强,两者角度越小耦合效应越弱;孔缝在腔体壁正中心时耦合效应最强,越靠近边缘耦合效应越弱;孔缝形状和入射波极化角度的规律一致,即孔缝与入射场强垂直的边越长,则入射波对腔体的耦合效应越强.

摘要： 在室内声学时域有限差分(FDTD)计算模型中,将房间的复阻抗边界用数字阻抗滤波器描述,并给出了门、窗和墙壁的数字滤波器复阻抗模型,应用该模型计算房间脉冲响应和声场参数.对一真实房间,将FDTD模拟计算得到的房间脉冲响应和声学参数与实际测量结果相比较,验证了在室内声学FDTD计算中,采用数字滤波器近似的复阻抗边界模型能较好地模拟房间中的声场.

摘要： 提出了一种简化的同轴馈电模型用于分析同轴探针馈电的微带天线.在时域有限差分方法(FDTD)中对于同轴馈电模型一般采用一维电压电流递推方式引入入射波形;同时结合细导线模型模拟同轴线馈电.需要对接地板同轴线接口处的电场值进行特别处理,过程较复杂.简化方法仅采用细导线模型作为馈电端口,在接地板与细导线探针间加电压源激励产生入射波形.省略了同轴线的建模及接口处电场值的处理过程,使得模型更加紧凑.数值仿真验证了该算法的有效性和准确性.

摘要： 文章提出一种阶梯型双层微带贴片天线,该天线有2层贴片,第1层贴片类似阶梯状,第2层贴片呈T型;采用时域有限差分法(FDTD)工具建模仿真,优化后的天线在-12 dB的相对带宽达到了27％(2.26～2.96 GHz),完全覆盖2.4 GHz频段,其较宽的带宽满足高清数字电视传输和互联网应用的要求.%A novel ladder-type double-layer microstrip patch antenna is proposed. This antenna consists of two patches-one is ladder-typed and the other is T-shaped. The modeling and simulation is conducted by finite-difference time-domain(FDTD) method, and the results show that the relative bandwidth of the optimized antenna reaches 27% as the value of S11 is lower than -12 dB in 2. 26-2. 96 GHz frequency range, completely covering the 2. 4 GHz frequency range. And with the broad band, the requirements of high definition multimedia interface(HDMI) and Internet are met.

摘要： In order to compare the simulated and measured electric field strength of a reverberation chamber(RC) directly, the broadband radiation power of the transmitting antenna is required. Combining finite-difference time-domain (FDTD) method and fast Fourier transformation ( FFT) , an efficient method for the computation of broadband radiation power is proposed based on the area integral of poynting vector. The method is validated through the comparison between the simulation and theoretical results in both cases of half wave dipole and short dipole antennas. This method can be applied to any electromagnetic device that can be depicted by FDTD reasonably and can get the broadband radiation power with only one execution,so it provides a feasible way to analyze the radiation characteristics of an electromagnetic device as well as laying the groundwork for the normalization of a RC's simulation results.%为了实现混响室的仿真电场值与实测值的直接对比,需要计算发射天线的宽频辐射功率.基于坡印廷矢量的面积分,利用时域有限差分算法和快速傅里叶变换,得到了天线宽频辐射功率的快速计算方法.应用该方法对半波偶极子天线和短偶极子天线进行数值仿真,通过仿真值与理论值的比较,验证了该方法的正确性.该方法适用于任何能够用FDTD进行合理建模的电磁设备的辐射功率计算,且一次计算即可得到宽频辐射功率,不仅为混响室仿真结果的归一化打下基础,而且也是分析其他电磁设备宽频辐射特性的可行方法.

摘要： 提出基于神经网络对导体柱目标实现单站微波成像的方法。通过时域有限差分方法获得横磁波（TM）模式下一系列不同形状导体柱目标的散射场，组成神经网络训练样本。再通过组合运用整数微分进化策略和误差反向传播（BP）算法形成混合自学习策略，克服传统BP神经网络收敛速度慢等不足，提高系统自学习能力。最终基于所得神经网络获得二维导体柱微波成像结果。%A microwave imaging method for monostatic using neural network is proposed in this paper. Firstly,the TM mode scattering data of different shapes of conductor cylinder are obtained by finite-difference time-domain(FDTD)method. And all these data are taken as training samples for neural network. A hybrid self-learning strategy based on integral differential evolution strategy and BP algorithm is presented, which can improve self-learning capability of system and overcome the drawbacks of single BP neural network, such as slow astringency. Finally, the satisfactory results of two-dimensional microwave imaging are reached by using the optimized neural network.

摘要： 本文采用非均匀网格时域有限差分(NU-FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(LPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对LPDA性能的影响,得到了LPDA的驻波特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合较好.

摘要： 本文采用非均匀网格时域有限差分(NU-FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(LPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对LPDA性能的影响,得到了LPDA的驻波特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合较好.

摘要： 本文采用非均匀网格时域有限差分(NU-FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(LPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对LPDA性能的影响,得到了LPDA的驻波特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合较好.

摘要： 本文采用非均匀网格时域有限差分(NU-FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(LPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对LPDA性能的影响,得到了LPDA的驻波特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合较好.

摘要： 本文采用非均匀网格时域有限差分(NU-FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(LPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对LPDA性能的影响,得到了LPDA的驻波特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合较好.

摘要： 本文首先将一般曲线坐标中的时域有限差分法(FDTD)拓展到空间为任意媒质情形,接着对双绞传输线进行建模,并且运用FDTD求解双绞传输线的特性阻抗,和平行双线传输线的特性进行了比较.

摘要： 本文首先将一般曲线坐标中的时域有限差分法(FDTD)拓展到空间为任意媒质情形,接着对双绞传输线进行建模,并且运用FDTD求解双绞传输线的特性阻抗,和平行双线传输线的特性进行了比较.

摘要： 本文首先将一般曲线坐标中的时域有限差分法(FDTD)拓展到空间为任意媒质情形,接着对双绞传输线进行建模,并且运用FDTD求解双绞传输线的特性阻抗,和平行双线传输线的特性进行了比较.

摘要： 本文首先将一般曲线坐标中的时域有限差分法(FDTD)拓展到空间为任意媒质情形,接着对双绞传输线进行建模,并且运用FDTD求解双绞传输线的特性阻抗,和平行双线传输线的特性进行了比较.

摘要： 本文首先将一般曲线坐标中的时域有限差分法(FDTD)拓展到空间为任意媒质情形,接着对双绞传输线进行建模,并且运用FDTD求解双绞传输线的特性阻抗,和平行双线传输线的特性进行了比较.

摘要： 本发明公开了一种基于时域高阶有限差分法的高精度波场数值模拟方法,包括以下步骤：S1.在波场方程的基础上，对空间2M阶展开，发展得到的传统时间二阶空间高阶的有限差分方法；S2.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到奇数时刻时间高阶差分求解公式,并将奇数时刻时间高阶有限差分表示；S3.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到偶数时刻时间高阶差分求解公式,并将偶数时刻时间高阶有限差分表示；S4.对波场模拟奇数时刻和偶数时刻有限差分方法进行奇偶加权处理。本发明在保证高稳定性的同时有效的压制了频散，可提供精确稳定的波场模拟结果。

摘要： 本发明公开了一种时域有限差分法硬件加速器系统及其实现方法，该系统包括链式计算处理单元排列结构、多组存储块和激励源赋值器；所述链式计算处理单元排列结构为沿一维方向排列的多个PE的组合，用于对电磁场仿真的三维网格格点的电场值和/或磁场值进行计算；所述存储块由多个块随机存储器构成，用于存储所述PE计算得到的网格格点的电场值和/或磁场值；所述激励源赋值器用于对所述存储块存储的电场值和/或磁场值进行赋值。本发明能够提高PE的利用率，减少FPGA上综合实现的布线难度和延时，增大片外存储带宽能力，提高PE阵列的扩展性和网格适应性。本发明可应用于基于FPGA平台的硬件加速器领域。

摘要： 本发明公开了一种对无条件稳定时域有限差分法有效的区域分解并行方法。本发明利用因果区域分解方法实现了蛙跳交替方向隐格式时域有限差分法的高度并行，保持了无条件稳定性的同时又可高度并行计算。本发明可以有效地节省时域有限差分的仿真计算时间，编程简单具有很强的实际工程应用价值。

摘要： 本发明属于计算电磁学技术领域，具体为一种应用于时域有限差分法的透明激励源的实现方法。本发明采用Yee网格，通过在激励源网格处加入两个幅值相反的电场激励源，减去反馈电场，使之等效为硬源且透明；并在输入及输出端口加完美匹配层吸收边界截断波导结构，适用于一维、二维及三维结构。本发明只需对激励源面上的电磁场分量进行额外的计算，相对于其它方法需要的辅助计算量是微乎其微的，对计算效率的影响可以忽略不计，且具有透明的特性，对于波导类计算模拟问题避免了辅助计算所花费的时间，高效得到入射场和散射场，对提高模拟计算效率具有很好的效果。

摘要： 本发明公开了一种基于时域有限差分法的半确定性信道仿真方法。该方法采用时域有限差分法(FDTD)对全空间进行电磁仿真来获取收发之间的响应，并对散射物进行微调来引起信道的波动，从而获得信道的多径统计特性。首先，在设置空间媒质分布的基础上，采用FDTD通过更新方程进行磁场和电场的不停迭代，直到达到预设的时间总步数后停止；然后，取出激励源信号s(t)和观测点的信号r(t)，将二者进行频率搬移并滤波取得信号的包络信号或称等效低通信号sl(t)和rl(t)，之后求观测信号rl(t)与激励信号sl(t)的相关，由相关峰的峰值和时延可得此信道每条路径的衰减和时延；最后，将计算空间内的散射物随机变动，多次之后求取各条路径上衰减与时延的统计特性。本发明计算精确，适用性广泛，也可用于复杂介质下的信道计算。又加入了散射物的随机性，得到了半确定性信道模型，体现出了信道的随机性特征。

摘要： 本发明涉及一种基于电磁场时域有限差分法的模拟电磁参数方法，用于建筑体的雷电电磁脉冲防护，包括如下步骤：获取第一参数组，根据所述第一参数组生成所述建筑体的模拟三维空间；获取第二参数组，根据所述第二参数组对所述模拟三维空间进行网格划分，得到模拟三维网格空间；获取第三参数组，根据所述第三参数组确定雷电通道在所述模拟三维网格空间内的相对位置参数；获取第四参数组，根据所述第四参数组及所述相对位置参数，利用麦克斯韦方程计算预定时空范围内的电磁参数。上述基于电磁场时域有限差分法的模拟电磁参数方法的有益效果是：可通过计算机模拟建筑体周边的电磁参数，并针对模拟电磁参数对雷电电磁脉冲进行防护设计。

摘要： 本发明公开了一种基于时域高阶有限差分法的高精度波场数值模拟方法,包括以下步骤：S1.在波场方程的基础上，对空间2M阶展开，发展得到的传统时间二阶空间高阶的有限差分方法；S2.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到奇数时刻时间高阶差分求解公式,并将奇数时刻时间高阶有限差分表示；S3.基于均匀网格有限差分方法以及Taylor公式，对二阶时间导数进行N阶精度的展开，得到偶数时刻时间高阶差分求解公式,并将偶数时刻时间高阶有限差分表示；S4.对波场模拟奇数时刻和偶数时刻有限差分方法进行奇偶加权处理。本发明在保证高稳定性的同时有效的压制了频散，可提供精确稳定的波场模拟结果。

摘要： 本发明属于射频无线通信技术领域，尤其涉及一种联合射线追踪和时域有限差分法的信道建模方法，采用基于射线追踪和FDTD(时域有限差分法)的信道建模方法，针对现有技术存在的问题，使用射线跟踪技术来得到电磁波传播过程中的各种特性参数，针对每条路径可以得到幅度、角度、相位和时延等特性参数从而进行分析计算，除此之外结合FDTD方法在发射端对天线和靠近天线的电磁波辐射过程进行仿真分析，得到天线远场辐射特性，同时在接收端建立虚拟空间来对接收天线和散射体建模分析，从而得到相应的电磁参数。最后，根据射线传播过程中得到的信道参数给出信道建模。

摘要： 本发明公开了一种用于OTA仿真的复包络蛙跳隐式时域有限差分法。该方法采用复包络交替方向隐格式时域有限差分法对全空间进行电磁仿真来获取收发之间的响应，从而达到获取性能指标的目的。首先，在设置空间媒质分布、确定信号调制方式的基础上，通过复包络蛙跳隐式时域有限差分法的更新方程对电场和磁场进行不断迭代，直到达到预设的时间总步数后停止；然后根据调制方式对接收信号进行解调以获取参数指标。本发明方法具有无条件稳定和高精度的特点，适用性广泛，可用于进行OTA测试的仿真计算，也可用于其他复杂介质下的电磁计算问题。

摘要： 本发明公开了一种基于时域有限差分法特快速暂态辐射电磁场的计算方法，它包括步骤1、分析开关操作辐射产生机理及GIS壳体辐射电磁场特性；步骤2、在XFDTD的中建立天线辐射物理模型，并采用时域有限差分法划分网格，建立PML边界；步骤3：导入壳体暂态环流作为激励源，仿真获取附属电磁场的分布特性；现有技术不能对GIS变电站开关操作时其二次侧设备的电磁辐射风险精确评估等技术问题。