FDTD模拟SLF\ELF水平电偶极子在非均匀地-电离层波导中的场

在SLF/ELF频段,已有的解析算法对于研究其在非均匀电离层模型下的电磁特性有很大的局限性。采用三维球坐标时域有限差分方法(FDTD)计算了非均匀电离层模型下(考虑电离层白天和黑夜不对称),水平电偶极子产生的SLF/ELF波在球形地-电离层腔体中的传播特性。计算了电场分量和磁场分量沿地面随传播距离的变化,以及随方位角的变化。和均匀电离层模型对比,非均匀电离层模型的计算结果更具有实际意义。     

大地-电离层谐振腔中极低频电磁波传播的数值模拟

随着极低频探地技术的发展,极低频电磁波在大地和电离层组成的腔体中的传播成为人们感兴趣的研究课题.基于时域有限差分算法,建立了地-电离层腔体中极低频电磁场的时间步进迭代公式,并分别计算了时谐振荡源和高斯脉冲源所激励的极低频电磁场及其传播特性,给出了可视化的计算结果,演示了球面导波结构对电磁波的汇聚效应以及地-电离层腔体中的舒曼谐振效应.     

地下SLF/ELF水平电偶极子在球形地-电离层中产生的场

在非理想导电地面与电离层条件下,导出了地下SLF/ELF水平电偶极子在地上、地下及电离层中产生的电磁场的球谐级数表达式.并提出了一种加速收敛算法,算出了大气层及电离层中的电磁场分布.计算结果表明:地下几十公里的水平电偶极子产生的场除了增加了一个固定衰减外,与地面上的水平电偶极子产生的场分布完全相似,它产生的电磁场可理解为电波首先垂直地透过土壤,然后在地一电离层腔体中传播.在SLF频段,地一电离层空腔中的电磁场可理解为两个"行波"的叠加.在ELF频段,空腔中的电磁场是驻波,其频率变化规律能正确反映出"舒曼"谐振现象.     

瞬态电磁波在磁化等离子体中传播与散射的FDTD方法

本文从磁化等离子体中电子的广义运动方程出发，给出了一套ＦＤＴＤ计算公式，克服了卷积递归法不适用于直流入射以及小信号近似的缺点，其正确性由数值计算结果得到验证。     

电磁波与双负介质板相互作用的FDTD分析

由双负介质本够关系出发,将其相对磁导系数表示为以jω为自变量的Padé近似形式,利用时频转换关系jω→(δ)/(δ)t,引入离散时域移位算子代替时间微分算子,推导出FDTD计算双负介质的递推表达式.针对双负介质的电磁特性问题,用基于移位算子的FDTD方法研究了电磁波与各种双负介质的相互作用:会聚效应、相位补偿、高指定向性、减小金属后向散射,探讨双负介质在平板成像、谐振腔、天线、隐身方面的应用前景.     

基于三维电磁波传播模型的移动网络优化技术

环境传播特性预测是移动通信设计中十分重要的一个环节,它可以节省人力、财力和时间.基于三维的地理信息系统的空间电磁波传播模型,能够进行三维空间场强预测,帮助移动运营商在各种复杂地形下准确地预测出信号强度分布,并由此做出最佳的频率规划.本文分别从三维电磁传播模型理论基础研究和相关应用研究的现状、重点解决的问题以及进展情况等进行论述.最后展望未来要解决的问题和发展方向.     

基于FDTD的罗兰-C信号地波传播特性的时域分析

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100 kHz单频信号结果。文章采用FDTD方法计算了实际罗兰信号的时域特性,并和100 kHz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。     

电磁波传播聚焦特性的仿真研究

从基本电磁理论出发 ,推导轴对称条件下电磁波的波动方程 ,给出求解此类波动方程的数值仿真方法。分析比较不同发射口面分布下的电磁波的传播规律 ,得出满足聚焦条件的一种口面分布。其仿真模拟方法不仅可用于电磁波传播研究 ,还可用于高功率微波波束的传输特性分析。     

单层和多层有缝金属板电磁波透射的FDTD分析

采用在入射波一侧的总场边界处同时引进入射波和反射波作为激励源的FDTD方法来分析斜入射时单层和多层有缝金属板电磁波透射问题.通过计算金属板缝隙附近的散射场,提取缝隙口径面上的等效面磁流,进而得到透射截面.计算机仿真结果证实了算法的有效性.数值计算结果表明,两金属板上所开缝隙的相对偏移以及两板间插入介质板将会改变屏蔽效应.该方法可以有效分析平面波斜入射时多层金属板上任意形状缝隙的散射和透射,包括缝隙内或金属板之间填充有介质情形.     

地震ELF/SLF辐射源在地面及电离层中产生的场

针对地震电磁辐射与传播,将地下辐射源理想化为水平ELF/SLF电偶极子,传播介质理想化为地层-大气层-电离层三层平面分层介质,其中地层和电离层都看作均匀有耗介质.在此物理模型下,导出了电磁场在大气层和电离层中的积分表达式,更由留数定理得出了电磁场的级数表达式.计算结果表明:ELF/SLF电波从辐射源出发后,首先以最短的垂直向上路径渗透出地层进入大气层,然后在地-电离层波导中以若干个"波模"叠加的方式向外传播到达大气层中的接收点,并进一步渗透电离层被卫星上的接收点接收.     

有损耗左手材料电波传播特性的FDTD分析

为研究电磁波在有损耗左手材料中的传播特性,采用时域有限差分（FDTD）法和色散媒质的Drude模型,推导出基于Drude模型的左手材料二维FDTD迭代方程。一维数值仿真结果验证了平面电磁波在穿过有耗左手材料时,其相速度大小与光速相同,方向与传播方向相反,且随着损耗因子的增大,左手材料内的电场强度幅值亦相应减小。此外,还利用多循环m-n-m脉冲作为激励源,对左手材料平板具有的完美透镜现象进行了二维数值仿真验证。结果表明,有耗平板左手材料具有明显的聚焦效果,在特定条件下能实现完美成像。     

Simulation of Electromagnetic Wave Propagation in Plasma Using Matrix Exponential FDTD Method

The electromagnetic propagation in plasma media can be conveniently modeled using finite difference time domain method based on the matrix exponential (ME-FDTD) method. The Maxwell’s curl equations and the constitutive relations between the flux density and the electric field can be looked as a first order differential matrix system. The fundamental solution to such a system is derived in terms of matrix exponential and the update equations can be extracted conveniently from the solution. This has the advantages of presenting a more concise formulation. The ME-FDTD algorithm is validated by comparing the simulation results with the analytical values. Numerical results show that the ME-FDTD can acquire high efficiency with less computer consumption and has a good performance of flexibility and simplicity.     

等离子体与电磁波相互作用FDTD 数值模拟

围绕等离子体与电磁波相互作用的问题,将气体分子动力学与电磁场理论相结合,基于玻尔兹曼方程和麦克斯韦方程建立了等离子体与电磁波相互作用自洽模型,为了对模型进行验证,将该方法与经典的电流密度卷积时域有限差分法进行对比,以一维情况下电磁波由自由空间向等离子体内传播为例,应用时域有限差分法对二者进行了数值仿真,仿真结果证明了所建立模型的正确性。此外,基于该模型仿真分析了等离子体参数对电磁波在等离子体中传播的影响,为等离子体与电磁波相互作用的研究提供了一种新思路和新方法。     

用FDTD法分析和模拟三维空间电磁波的散射和传输

本文采用时域有限差分(FDTD)法计算并在PC机上模拟三维空间电磁波的散射和传输.散射体可为具有弯曲表面的三维物体,传输结构可为多介质的变向和分支型导波结构,时间波形可为单频定态波也可为任意脉冲波.在PC机上将散射近场和传输波场分布动态立体地模拟显示出来.边界上和不连续处的反射波、迅衰场、表面波和漏波等细微现象也能形象地显示出来.     

用3D-FDTD法分析用于近场光存储的光纤探针电磁波传输特性

提高近场光存储的存储信息密度的关键主要在于掌握近场存储光纤探针的透光率、近场光斑直径尺寸以及场梯度等近场物理量。采用三维时域有限差分 (3D FDTD)法分析了可用于近场光存储的光纤探针尖的光学性质 ,对不同类型光纤的近场光场分布进行了数值计算 ,给出结果并进行比较 ,从光学性质的角度对其在近场光存储中的应用加以讨论。完全镀膜光纤尖在极近场处的光斑可获得 10nm的尺寸 ,远小于传统光纤光学聚焦的光斑尺寸大小。     

用FDTD算法模拟电磁波在各向异性媒质中的传播

本文用时域有限差分（FDTD）法计算并模拟电磁（光）波在各向异性媒质中的传播。为了验证方法的有效性，以负单轴晶体为例进行了大量的数值计算，从所得结果看，双折射和极化分束现象清且与解析图解法的结果相吻合，此法确可推广应用于普遍的各向异性媒质中电磁波的传播问题。     

基于FDTD的压电换能器模型

提出了基于时域有限差分法(FDTD)对一维压电换能器的机电耦合现象进行数值分析的新方法.利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程、牛顿方程在空间和时间上进行了心差分离散化,并首次提出了压电换能器的收发电压信号和压电控制方程间关系的迭代差分方程,借助这些差分方程,从而能直接给出压电换能器声场传播的时域信息.利用此法分析了压电换能器匹配层厚度对接受电压波形的影响,并得到了其质点速度和质点应力传播的时空分布图.另外,还提出了利用Prony法替代FFT法,从而利用更短时域响应来得到压电换能器的频域特性.仿真结果表明,提出的模型能有效分析多层压电换能器的稳态和瞬态激励响应的传播特性.