非均匀网格GA-A3DI-FDTD法分析微波电路

研究了一种减小交替方向隐式时域有限差分法（ADI—FDTD,Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain）数值色散的新方法GA—A3DI—FDTD（Genetic Algorithm Artificial Anisotropy ADI-FDTD）及其在非均匀网格条件下的应用。首先对添加人工各向异性介质后的非均匀网格ADI—FDTD迭代公式进行修正,得到新的数值色散关系,再利用自适应遗传算法（AGA,adaptive genetic algorithm）得到需要添加的人工各向异性介质的相对介电常数。为了验证方法的正确性和有效性,对几种微波电路进行仿真,分别与传统ADI—FDTD相比较,并且比较对非均匀网格的不同处理方法对计算精度的影响。结果表明：通过正确选择目标函数,得到更加合适的人工各向异性介质,可以再减小三维ADI—FDTD数值色散。     

各向异性介质在三维ADI-FDTD中的应用

该文研究一种减小三维交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)数值色散的新方法。通过在三维空间中合理添加各向异性介质,达到调整相速的目的,从而减小数值色散,使计算结果更加精确。首先对添加各向异性介质后的三维ADI-FDTD迭代公式进行变形,并得到新的数值色散关系,从而求解得到各向异性介质的相对介电常数。以空心波导和具有介质不连续性的波导作为数值算例,分析不同的各向异性介质和添加方法对计算精度的影响,并与传统ADI-FDTD得到的结果和计算资源占用情况进行比较。结果表明通过正确选择各向异性介质和添加方法,可以有效地减小三维ADI-FDTD数值色散。     

一种有效减少ADI-FDTD数值色散的方法

ADI—FDTD算法的数值色散效应较为明显，本文的研究表明一种通过添加各向异性媒质来修正相速误差，从而减少FDTD数值色散的方法，同样适用于ADI-FDTD，且收效更为显著。数值运算结果证明该方法能够简单有效地去除较宽频带范围内的色散。     

UPML媒质中的包络ADI-FDTD

由于交替方向隐式时域有限差分法(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time Domain,ADI-FDTD)的数值色散会随着时间步长的增加而增加,文中讨论了单轴各向异性完全匹配层(uniaxial perfectly matched layer,UPML)媒质中包络交替方向隐式时域有限差分法(Envelope ADI-FDTD),推导了二维Envelope ADI-FDTD UPML的迭代公式,并提出一种新的离散方法。与ADI-FDTD UPML相比,改进后的Envelope ADI-FDTD UPML的时间步长可以取得更大,且能有效地修正相速误差,从而减少数值色散,提高计算精度。     

等离子体的交替方向隐式时域有限差分方法

首次把交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD)推广到色散介质——无碰撞非磁化等离子体中，计算了非磁化等离子体与电磁波的相互怍用，使用ADI技术给出了无碰撞等离子体介质中的ADI-FDTD迭代公式．并解析地证明了等离子ADI-FDTD算法也是无条件稳定的，数值计算表明，等离子体ADI-FDTD算法与传统的FDTD的计算结果吻合，计算效率更高。     

高阶ADI-FDTD算法的数值色散分析

该文给出高阶交替方向隐时域优先差分(ADI-FDTD)算法,即在ADI-FDTD迭代公式的基础上对时间的差分仍然采用二阶中心差分格式,而对空间的差分则采用四阶中心差分格式,并解析地证明了所给出的高阶ADI-FDTD算法仍然满足无条件稳定方程,同时对增长因子相位的分析,得到数值色散关系,最后对其数值色散误差进行了分析,研究表明与普通ADI-FDTD相比,其色散误差较小。     

色散媒质中ADI-FDTD

基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分(FDTD)法是一种非条件稳定的计算方法，该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制，而由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比，ADI-FDTD增大了时间步长，从而缩短了总的计算时间。本文采用递归卷积方法将ADI-FDTD推广应用于色散媒质，推导了二维情况下色散媒质中的ADI-FDTD迭代公式。应用推导公式计算了色散土壤中目标的散射，并与色散媒质FDTD结果对比，在大量减少计算时间的情况下，两者结果符合很好。     

双各向异性色散介质电磁波传播Z-时域有限差分分析

基于一种改进的Z变换-时域有限差分(Z-Finite-Difference Time-Domain,Z-FDTD)方法,即将双各向异性色散介质的频域本构方程先转化到Z域中,再利用Z变换的性质将其转换到时域,得到离散时域的FDTD迭代式,分析了双各向异性色散介质电磁波传播特性.由于Omega媒质是一种典型的双各向异性色散介质,以此为例编程计算了垂直入射在Omega介质板情形下产生的同极化和交叉极化电磁波的反射和透射情况,并通过算例和解析解对比验证了算法的正确性,最后对其电磁散射特性进行了分析.     

色散媒质中ADI-FDTD的PML

基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分法(FDTD)是一种非条件稳定的计算方法,该方法的时间步长不受Courant稳定条件限制,而是由数值色散误差决定。与传统的FDTD相比, ADI-FDTD增大了时间步长, 从而缩短了总的计算时间。该文采用递归卷积(RC)方法导出了二维情况下色散媒质中ADI-FDTD的完全匹配层(PML)公式。应用推导公式计算了色散土壤中目标的散射,并与色散媒质中FDTD结果对比,在大量减少计算时间的情况下,两者结果符合较好。     

一种非条件稳定的隐式时域有限差分法

介绍一种基于交替方向隐式(ADI)技术的时域有限差分法(FDTD).该方法是非条件稳定的,时间步长不再受到Courant稳定条件的限制,而是由数值色散误差来确定.与传统的FDTD相比,ADI-FDTD增大了时间步长,从而缩短了总的计算时间,特别是当空间网格远小于波长时,优点更加突出.首次把完全匹配层(PML)边界条件应用到ADI-FDTD计算中,采用幂指数形式的时间步进算法,推导了相应的迭代公式.进行了实例计算,并与传统FDTD的结果对比,验证了ADI-FDTD的有效性与优越性.