FDTD方法

摘要： 文章应用时域有限差分(FDTD)方法研究光的全反射。首先,简要介绍FDTD方法的特点和基本原理;其次,从理论角度分析光的全反射及其规律,给出应用FDTD模拟得到的数值仿真结果;最后,基于数值仿真结果讨论光的全反射的成立条件。

摘要： 该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题.该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模.首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应.然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件.最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应.通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性.

摘要： 时域有限差分法(FDTD,Finite Difference Time Domain)是一种应用广泛的电磁场数值计算方法,可以针对任意场景结构仿真生成随时间演变的电磁场分布.以光波在介质中的传播、光波的典型干涉和光波的典型衍射3类物理情景为例,介绍了FDTD计算方法在波动光学教学中的应用探索.利用FDTD方法计算生成的结果真实、精确和动态地展示了相应场景结构中的光场分布情况,有助于在教学过程中更直观地展现特定的光学现象并揭示其物理规律.

摘要： 该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合插值技术和牛顿迭代法,提出一种新的时域混合算法,能够快速模拟屏蔽腔内任意高度线缆端接瞬态电压抑制(TVS)管电路的电磁耦合问题,并实现空间电磁场与线缆和电路瞬态响应的同步计算.该算法首先利用FDTD方法结合STL网格剖分技术实现屏蔽腔结构的快速建模以及腔体内空间电磁场分布的准确模拟.然后利用传输线方程结合插值技术建立腔体内线缆的场线耦合模型,结合FDTD方法,迭代求解出线缆上的电压和电流响应.对于线缆端接的TVS管电路,列写电压电流方程,采用牛顿迭代法计算得到电路端口的电压响应.通过与电磁仿真软件的计算结果进行对比,验证了所提时域混合算法的正确性.研究表明,该算法能够很好地应用于屏蔽腔内线缆端接负载的TVS管限幅防护设计.%This paper presents a novel time domain hybrid method consisting of Finite Difference Time Domain (FDTD) method, Transmission Line (TL) equation, interpolation technique, and Newton iteration method for the coupling simulation of the arbitrary height cable terminated with TVS circuit in shield cavity rapidly. It can achieve a strong synergism computation of electromagnetic field and the responses of the cable and the circuit. The hybrid method uses FDTD method combined with the STL mesh generator technique to model the enclosure of the cavity rapidly and simulate the electromagnetic field distribution in the cavity accurately. The TL equation with interpolation technique is used to set up the coupling model of the cable in the cavity. Then the FDTD method is used to discrete the TL equation to obtain the transient voltage and current responses on the cable. The current-voltage equations are used for the analysis of the TVS circuit. Then the Newton iteration method is utilized to solve the current-voltage equations to obtain the voltage responses on the TVS. The correctness of the hybrid method is confirmed by comparing with the results obtained by electromagnetic simulation software. In testing, the hybrid method can be well applied to the limiting protection design of the loads in the terminal of the cable in shield cavity.

摘要： 随着电子系统工作频率的提高,系统中的传输线之间不可避免地会发生串扰问题.将采用时域传输线方程构建不等高多导体传输线的串扰模型,然后通过时域有限差分(FDTD)方法求解传输线方程,获得传输线端接负载上的串扰响应.采用该方法,模拟和分析脉冲集总电压源作用不等高多导体传输线的串扰规律.在此基础上,通过多集总源作用多导体传输线的串扰仿真,获得脉冲型干扰信号对传输线上工作信号的影响.

摘要： 为了分析雷电脉冲对架空线的干扰,建立雷电回击通道模型,采用时域有限差分法(FDTD)计算线缆附近电场分布,并对传输线方程进行时域下的差分离散,计算架空线上的感应电压.通过与经典文献的案例比对,证明了方法的可靠性.与传统FDTD方法相比,计算速度快、内存占用少.

摘要： 通过光学软件FDTD Solutions对液态磁性光子晶体进行建模仿真,磁性球体材料为Fe3O4,液体介质为H2O.设定4个参数,球体半径R、两晶面的间距M、同一晶面上的球间距F、晶面层数C,逐一分析每一个参数对光子晶体在可见光谱内的呈色性能影响,确定光子晶体呈现颜色时的最佳结构参数组合.分析得出的结构参数对液态磁性光子晶体的实验合成有重要的指导意义.%The sutructure of liquid magnetic photonic crystal model was simulated by optical software FDTD Solu-tions.Fe3O4 was selected as magnetic sphere material and H2O is the liquid medium.Four parameters were set:R represents the radius of the magnetic sphere,C is the structure number of layers,F means the spherical space in the same plane andM refers to the crystal space between two layers.The effect of each parameter on the coloring properties of photonic crystal was analyzed in the visible spectral range and the best combination of structural parameters was determined when photonic crys-tals were able to render color.The structural parameters obtained in this research play an instructive role in synthesizing liq-uid magnetic photonic crystal and have important theoretical significance.

摘要： 利用时域有限差分(FDTD)方法,结合Matlab编程,研究了光在突变介质界面的反射、透射与干涉.研究改变边界位置介电系数的变化率、连续性等,对反射光强的影响;调整薄膜厚度、电磁参数等,实现了对光干涉现象的动态建模.FDTD方法能够获得电磁场的时域数值解,可以直接进行动态演示;同时,运用FDTD方法可以通过改变介质结构,电磁参数等构筑计算机试验,真正实现让学生自己动手,去观察,去发现隐藏在物理表象下的物理本质.

摘要： 采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain FDTD)和表面边界条件对单层石墨烯的太赫兹电磁特性进行研究.首先计算了其反射和透射系数,并与解析解对比验证了该理论的正确性.接着研究了一维光子晶体表面石墨烯在太赫兹光谱范围的吸收.通过改变模型中石墨烯的位置,得到了一维石墨烯吸收特性与石墨烯位置的关系.结果表明:当石墨烯位于光子晶体表面时,由于石墨烯和间隔层在光子晶体表面构成了表面缺陷,从而导致光的局域化,这种局域化增强了石墨烯对太赫兹范围光的吸收.

摘要： 天波超视距雷达技术的发展使得利用短波段电磁波探测隐身飞行目标成为可能。本文建立了B-2隐身轰炸机的电磁计算模型，利用时域有限差分方法计算了该飞机短波段多方位的电磁散射特性。计算表明在天波超视距雷达的特征入射方向上该隐身飞机有较大的雷达散射截面。这一计算结果为利用天波超视距雷达探测隐身目标提供了一定的依据。

摘要： 天波超视距雷达技术的发展使得利用短波段电磁波探测隐身飞行目标成为可能。本文建立了B-2隐身轰炸机的电磁计算模型，利用时域有限差分方法计算了该飞机短波段多方位的电磁散射特性。计算表明在天波超视距雷达的特征入射方向上该隐身飞机有较大的雷达散射截面。这一计算结果为利用天波超视距雷达探测隐身目标提供了一定的依据。

摘要： 天波超视距雷达技术的发展使得利用短波段电磁波探测隐身飞行目标成为可能。本文建立了B-2隐身轰炸机的电磁计算模型，利用时域有限差分方法计算了该飞机短波段多方位的电磁散射特性。计算表明在天波超视距雷达的特征入射方向上该隐身飞机有较大的雷达散射截面。这一计算结果为利用天波超视距雷达探测隐身目标提供了一定的依据。

摘要： 天波超视距雷达技术的发展使得利用短波段电磁波探测隐身飞行目标成为可能。本文建立了B-2隐身轰炸机的电磁计算模型，利用时域有限差分方法计算了该飞机短波段多方位的电磁散射特性。计算表明在天波超视距雷达的特征入射方向上该隐身飞机有较大的雷达散射截面。这一计算结果为利用天波超视距雷达探测隐身目标提供了一定的依据。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 罗兰-C信号为载波调制的高斯脉冲，而传统方法对其传播特性预测均是基于100kHz单频信号结果。本文采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性，并和100kHz连续单频信号结果进行了比较。结果显示，对于地形起伏不大的传播路径，两种信号结果吻合得很好，而对于地形起伏较大路径，脉冲信号结果与单频信号结果存在较大差异。该结果对地波传播特性工程测量与分析具有一定指导意义。

摘要： 本发明公开了一种“M(2，4)FDTD+FDTD”的低色散低频地波传播时延预测方法，该方法通过对整个计算区域进行分层处理，将粗网格M(2，4)FDTD算法(用于上层区域)与细网格传统FDTD算法(用于下层区域)相结合，利用修正因子以及亚网格技术，进行低频地波传播时延的高精度快速预测，本发明解决了传统全区域FDTD算法在减小数值色散误差与降低计算机消耗之间的矛盾，提高了低频地波传播时延预测精度的同时，减少了计算机内存资源占用，提高了计算速度。

摘要： 本发明公开了一种FDTD网格剖分方法。本发明FDTD网格剖分方法包括将模型的三角面元转换为模型的表面Yee网格的步骤，该步骤具体如下：首先确定每个三角面元的随机填充点数narea，然后在对应的三角面元中填充均匀分布的narea个随机散点，最后将随机散点的坐标映射到问题空间中，从而得到模型的表面Yee网格。本发明还公开了一种FDTD电磁计算方法。本发明首次提出采用三角面元随机插值的方式进行模型表面Yee网格的填充，相比传统的射线追踪法，本发明网格剖分方法可在保证FDTD计算结果有效性的同时，提高计算效率，降低计算资源的消耗。

摘要： 本发明公开了一种“M(2，4)FDTD+FDTD”的低色散低频地波传播时延预测方法，该方法通过对整个计算区域进行分层处理，将粗网格M(2，4)FDTD算法(用于上层区域)与细网格传统FDTD算法(用于下层区域)相结合，利用修正因子以及亚网格技术，进行低频地波传播时延的高精度快速预测，本发明解决了传统全区域FDTD算法在减小数值色散误差与降低计算机消耗之间的矛盾，提高了低频地波传播时延预测精度的同时，减少了计算机内存资源占用，提高了计算速度。

摘要： 本发明公开了一种主动增亮膜、其制备方法及基于FDTD分析主动增亮膜偏振性的方法。本发明的主动增亮膜中包含至少一层掺杂量子点的聚合物薄膜和至少一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的金属纳米棒取向一致且呈周期性排列。本发明的增亮膜结构独特，不仅可以获取高效的量子点发出的红色和绿色荧光，还可以获取光源波段的高效率偏振光，本发明的主动增亮膜造价经济且性能优异，打破了3M基团的多层漫反射式增亮(DBEF)形成的市场垄断。本发明还提供了一种基于FDTD分析主动增亮膜偏振性的方法，使用3D‑FDTD的周期性边界条件，节省了大量的计算时间，是适用于分析纳米棒的极化行为的有效工具。

摘要： 本发明提供一种地闪通道电流衰减及FDTD方法模拟辐射电场的方法，利用六种地闪通道底部电流衰减模型分析地闪通道电流随高度衰减特性的基础上，通过二维FDTD方法模拟了大气边界层内距地闪通道四个不同距离的地闪通道的水平及垂直辐射电场随时间的变化特征，通过FDTD的方法模拟地闪通道的水平及垂直辐射电场，进而对其进行深入的分析。

摘要： 本发明公开了一种基于切比雪夫FDTD的电磁数值计算方法，首先将数值计算的时间区间等分为多个较小的时间区段，所述时间区段的长度大于激励信号的支撑边界；从第一个时间区段开始，对当前时间区段使用切比雪夫FDTD进行数值计算，并将所得到的时域结果的终值作为下一个时间区段的初值，对下一个时间区段继续使用切比雪夫FDTD进行数值计算，依此类推，从而获得所有时间区段的时域结果；最后将所有时间区段的时域结果合成为所述时间区间内的完整的时域结果。相比现有技术，本发明通过分段计算的方式有效提升了电磁数值计算的计算效率，降低计算资源消耗。

摘要： 本发明涉及仿真处理领域，尤其涉及一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法、系统、设备和介质。一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法，包括：获取目标模型的第一网格数据和第二网格数据；所述第一网格数据和所述第二网格数据分别为不同的网格类型数据；以所述第一网格数据和所述第二网格数据进行求交运算，得到以所述第一网格数据为基础的交线数据；以所述交线数据处理所述目标模型，进而基于FDTD算法得到所述目标模型的电磁场结果。通过使用目标模型的第一网格数据和第二网格数据进行求交运算，得到以第一网格数据为基础的交线数据后对目标模型进行二次处理，此时使用FDTD算法对目标模型进行电磁场求解，不会出现精度损失。

摘要： 本发明属于电磁场数值仿真技术领域，具体涉及电磁场时域有限差分方法中能够实现模式源精确输入的方法。一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，包括：设置介质参数分布，在FDTD仿真空间选取模式源输入面并进行模式求解；对输入面上模式源的电场、磁场的时间域函数进行相位修正；将经过相位修正的电场和磁场时间域函数输入FDTD的迭代计算中。本发明提供的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，在模式源时间域函数在耦合入FDTD的计算空间时，根据介质系数和计算空间的网格设置来对模式源时间域函数进行相位修正，以提高模式源的耦合效率，提高模式源输入的精确度。

摘要： 本发明公开了一种分析甚低频电磁波在地‑电离层中传播的FDTD方法。本发明首先模拟出地‑电离层电磁环境，再通过两次坐标系转换简化运算，接着用SO‑FDTD算法计算具体传播情况，最后控制各地‑电离层参数分析总结传播特性。本发明从单纯的辐射场计算扩展到传播特性，更进一步地研究了甚低频电磁波在地‑电离层波导中的传播，对于超远程导航、潜艇通信、天气预测等领域的研究有着重要参考意义。本发明可以解决和分析有关甚低频电磁波在地‑电离层波导中的传播特性问题。

摘要： 本发明公开了基于亚网格和单步ADI‑FDTD的电磁场仿真方法，包括以下步骤：基于单步ADI‑FDTD、亚网格、FDTD，通过设置吸收边界条件、周期边界条件、总场边界条件、散射场边界条件，构建电磁场仿真模型，其中，电磁场仿真模型用于通过选取探测点和探测面，获取仿真区域的反射场和透射场的电场的时域波形图，以及仿真区域的频域信息，对电磁场进行仿真；相对于传统的FDTD算法，本发明提供的方法在仿真过程中可以节省39.28％的内存，并且可以节省98.01％的计算时间。