理想匹配层的综合优化

本文讨论了理想匹配层的吸收性能 ,给出了一种有效截断理想匹配层的边界条件 ,分析了不同导率剖面和边界条件对理想匹配层吸收性能的影响 ,给出了最小反射意义下的优化理想匹配层。     

高阶FDTD法分析电-大尺寸光波导器件

高阶时域有限差分(FDTD)法用于电-大尺寸平面光波导器件的时域分析,实现了高阶FDTD法的理想匹配层(PML)吸收边界条件;研究了高阶FDTD法的数值色散特性,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟,所得结果与解析解非常一致。     

PML—FDTD法在分析平面光波导结构中的应用

将理想匹配层(PML)吸收边界条件用于平面光波导结构的时域有限差分(FDTD)法分析中，给出了平面光波导结构的PML吸收边界条件，并对平行介质带定向耦合器进行数值模拟和验证，所得结果与理论值非常一致，证明了PML吸收边界条件应用于平面光波导结构分析的有效性。本文方法可用于分析任意复杂结构的平面光波导。     

理想匹配层及模式匹配法分析多段平面光波导结构

将理想匹配层（PML）吸收边界条件和模式匹配法用于多段平面光波导结构分析，给出了一种改进的平面光波导结构的PML吸收边界条件，并对光波导的光场分布进行数值模拟，所得结果表明了PML吸收边界条件应用于多段平面光波导结构分析的有效性。该方法也可用于分析复杂结构的平面光波导。     

MRTD算法的APML实现及其在光波导仿真中的应用

实现了基于Daubechies紧支集尺度函数的时域多分辨分析(MRTD)算法的各向异性理想匹配层(APML)吸收边界条件,并将其应用到平面光波导的仿真和分析中。验证结果表明,APML吸收层性能主要由其层数和计算空间步长所决定。与传统的时域有限差分(FDTD)法相比,基于高阶消失矩Daubechies尺度函数的MRTD法可以提高吸收层性能。     

理想匹配层及模式匹配法分新多段平面光波导结构

将理想匹配层(PML)吸收边界条件和模式匹配法用于多段平面光波导结构分析,给出了一种改进的平面光波导结构的PML吸收边界条件,并对光波导的光场分布进行数值模拟,所得结果表明了PML吸收边界条件应用于多段平面光波导结构分析的有效性.该方法也可用于分析复杂结构的平面光波导.     

吸收材料涂层俘获和吸收微波信号的匹配条件

本文应用电磁场的基本理论,详细地研究了微波信号投射到吸收材料涂层上被完全俘获和吸收的匹配条件,导出解析匹配条件诸参量间对应关系的理论公式,并进行了分析和讨论,为微波吸收材料涂层的设计提供了可靠的理论依据。     

应用UPML的FDTD法计算平面微带电路

采用非分裂式理想匹配层（UPML）的时域有限差分（FDTD）法对矩形微带天线及低通滤波器等微带电路进行了分析计算,给出了时域和频域的仿真结果。与其他的理想匹配层（PML）相比,UPML利用D和H,物理概念明确,将PML区域与FDTD计算域隔离开来,并且减少了PML吸收边界计算所占用的存储量。从仿真结果看,该方法有效且极大减少了迭代次数。     

二维无条件稳定时域有限差分方法

基于半隐式的Crank-Nicolson差分格式给出了一种无条件稳定时城有限差分方法。和传统FDTD法中采用的显式差分格式不同，对Maxwell方程组采用半隐式差分格式，在时间和空间上仍然是二阶精确的。但时间步长不再受稳定性条件的限制，只需考虑数值色散误差对其取值的制约。利用分裂场完全匹配层吸收边界截断计算空间，为保证PML空间的无条件稳定性，其方程也采用半隐式差分格式。数值结果表明相同条件下US-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度是相同的，而且在增大时间步长时US-FDTD方法是稳定的和收敛的。可以预见US-FDTD方法在模拟具有电小结构问题时具有实际意义。     

完全匹配层产生数值反射的原因分析

完全匹配层是目前电磁场数值计算中比较理想的吸收边界，它对任意频率、任意入射角的电磁波的理论反射系数都为零。但由于数值离散的原因，完全匹配层边界仍然会产生一定的数值反射。本文通过理论分析，发现真空-PML和PML-PML交界面两边电导率的突变所引起的电场磁场衰减指数的突变是数值反射产生的根源。数值模拟结果表明，通过调整交界面上介电常数和电导率的取值可以有效地降低数值反射。     

一种改进的Mur吸收边界条件

吸收边界条件是时域有限差分(FDTD)算法解决电磁问题的重要条件。提出一种改进的吸收边界条件。将惠更斯面推广到二维的时域有限差分算法中,并利用惠更斯面来改进Mur吸收边界。惠更斯面具有理论基础成熟、编程简单、占用的计算内存少等优点,可以方便地插入到FDTD计算域中。FDTD数值仿真证明,惠更斯面在增加少量计算量的同时大幅度提高了Mur边界的吸收性能。而在应用的截断边界元胞数目相同的情况下,改进的Mur吸收边界能达到比PML吸收边界更好的吸收效果。     

采用PML吸收边界条件的FDTD法在分析平面微带结构中的应用

本文将理想匹配层(PML)吸收边界条件用于平面微带结构的时域有限差分法(FDTD)分析中,给出平面微带结构的PML吸收边界条件,并编制程序,进行数值计算。结果表明,与传统的Mur吸收边界条件相比,采用PML吸收边界条件只需采用最简单的馈源模型就可明显地减小计算网格空间和加快收敛速度,并且可用于分析任意复杂结构的微带电路。本文方法对微带电路及微带天线的CAD设计将具有实际意义。     

一种新的PML构造及其在FDTD方法中的应用

完全匹配层(PML)吸收边界在处理开域问题的时域有限差分(FDTD)方法中已得到广泛应用.本文从PML中分裂场特性出发,提出一种新的PML构造,该构造中仅有八个子区且无角区.另外,采用降维方法对PML中分裂场进行存储,有效地节省计算内存.三维数值测试结果表明,构造的八层PML反射本地误差约为-160dB.另外,金属球散射截面模拟计算结果证实了新PML构造的实用性.     

利用时域有限差分法进行光波导器件的仿真

将理想匹配层（PML）吸收边界条件用于平面光波导结构的时域有限差分法（FDTD）分析，并对微腔体谐振环进行了数值计算模拟。证明了采用PML吸收边界条件的FDTD法应用于平面光波导结构分析的有效性。本方法对平面光波导的计算机辅助设计（CAD）具有实际意义，可用于分析任意复杂结构的平面光波导。     

On the optimal design of the PML absorbing boundary condition forthe FDTD code

An analytical method to predict and optimize the performance of Berenger's (see J. Computat. Phys., vol.114, p.185-200, 1994) perfectly matched layer (PML) absorbing boundary condition (ABC) for finite-difference time-domain (FDTD) simulations is described. The shape of the conductivity in the PML layers has to be chosen carefully to obtain the best performance for a given number of layers. The relative error is shown to be the composite of two distinct effects: the theoretical reflection coefficient given by the PML layers backed by a metal plane and the second-order error in the differential intrinsic in the FDTD formulation. A theoretical expression to evaluate this error as a function of the number of PML layers and the shape of the conductivity is given, and the result is compared to that obtained for several FDTD test cases. The good agreement of the shapes of the theoretical and numerically derived curves allows the use of the theoretical formulation to optimize the PML region as a function of the shape of the conductivity, resolution, and number of layers     

APPLICATION OF THE PML ABSORBING BOUNDARY CONDITION TO FD-TD SIMULATION

The key problem of finite-difference time-domain (FD-TD) method is the skillful application of special conditions on the boundaries of the computational domain. A new technique named Perfectly Matched Layer(PML) yields a robust Absorbing Boundary Condition(ABC) independent of the angle of incidence and the frequency of outgoing waves. In this paper, the principle of the PML technique is briefly presented. Then some problems in the application and their settlements are discussed emphatically. Finally three numerical tests and a measured result are devoted to examine the accuracy and effectiveness of this approach.