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共形单场弱条件稳定时域有限差分法及其应用
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作者 梁伟博 郑宏兴 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期415-426,438,共13页
针对仿真目标含有任意倾斜放置的二维金属贴片情况,为了实现更加高效、精确的计算,提出了一种共形单场弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从FDTD方法基本迭代方程出发,推导了单场弱条件稳定FDTD方法中引... 针对仿真目标含有任意倾斜放置的二维金属贴片情况,为了实现更加高效、精确的计算,提出了一种共形单场弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从FDTD方法基本迭代方程出发,推导了单场弱条件稳定FDTD方法中引入共形技术的迭代公式且加以编程实现,验证了所提出方法的精度和稳定性,并将其应用于双频矩形介质谐振器天线和小型化超宽带双平面类八木多输入多输出天线的仿真。仿真结果表明:稳定性条件和内存占用量不受影响,5~15 GHz频段内的相对误差低于-50 dB;多线程计算效率最高是传统显式共形FDTD方法的19倍,相比共形一步蛙跃方法提高了19.57%。本方法在传统方法的基础上明显提高了多线程计算效率,同时计算精度和稳定性满足实际工程仿真需求,作为一种弱条件稳定方法,适合仿真两个维度具有微细结构的对象。 展开更多
关键词 时域有限差(FDTD)分法 单场方法 弱条件稳定 共形技术 介质谐振器天线
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共形弱条件稳定时域有限差分法在色散介质中的应用
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作者 武岳 马朝轶 +3 位作者 邢浩然 范超 王蒙军 郑宏兴 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期448-456,共9页
针对仿真目标中含有不规则形状贴片的情况,为实现更加高效、精确的计算,提出了一种基于辅助微分方程(auxiliary differential equation,ADE)的弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从麦克斯韦方程组时域旋... 针对仿真目标中含有不规则形状贴片的情况,为实现更加高效、精确的计算,提出了一种基于辅助微分方程(auxiliary differential equation,ADE)的弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从麦克斯韦方程组时域旋度方程出发,推导了基于ADE的弱条件稳定FDTD法中引入共形技术的迭代公式并加以编程实现,同时验证了所提出方法的精度和稳定性,并将其应用于宽带极化转换器的仿真。结果表明:稳定性条件和内存占用量基本不受影响,在9.9~16.6 GHz频段内,极化转换率大于90%的相对带宽可达到48.4%;相比色散介质中的弱条件稳定方法和共形方法,该方法明显提高了计算的精确度和效率,满足实际工程仿真需求。本文方法作为一种弱条件稳定方法,适合仿真单个方向具有精细结构的对象。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD)法 辅助微分方程(ADE) 弱条件稳定 共形技术 极化转换表面
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一种具有弱条件稳定的分裂式FDTD方法
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作者 高万峰 苏东林 +2 位作者 宋振飞 戴飞 史德民 《微波学报》 CSCD 北大核心 2009年第6期18-22,共5页
近十几年来,时域有限差分算法(FDTD)得到了快速发展,然而该算法一直受稳定性条件(CFL)的限制。为突破这一限制一种具有弱条件稳定(WCS)的FDTD算法得到发展,提高了FDTD的计算效率,但该方法存在精度不高的缺点。文中针对弱条件稳定FDTD方... 近十几年来,时域有限差分算法(FDTD)得到了快速发展,然而该算法一直受稳定性条件(CFL)的限制。为突破这一限制一种具有弱条件稳定(WCS)的FDTD算法得到发展,提高了FDTD的计算效率,但该方法存在精度不高的缺点。文中针对弱条件稳定FDTD方法精度不高这一弱点,提出了一种新的算法,该算法具有弱条件稳定性,且计算速度比ADI-FDTD方法有显著提高,并通过数值实验验证了该方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 CFL稳定条件 时域有限差分 弱条件稳定 交替方向隐式时域有限差分
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三维周期结构弱无条件稳定时域有限差分算法 被引量:2
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作者 刘宗信 陈亦望 +3 位作者 徐鑫 刘亚文 孙学刚 张书迪 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2687-2692,共6页
从麦克斯韦方程出发,导出了适用于周期结构的三维弱无条件稳定时域有限差分(FDTD)算法的迭代式,在理论上证明了其稳定性条件,其稳定性条件比普通FDTD的稳定性条件要宽松,并将周期边界条件应用到迭代式中,得到了可直接编程迭代的方程,给... 从麦克斯韦方程出发,导出了适用于周期结构的三维弱无条件稳定时域有限差分(FDTD)算法的迭代式,在理论上证明了其稳定性条件,其稳定性条件比普通FDTD的稳定性条件要宽松,并将周期边界条件应用到迭代式中,得到了可直接编程迭代的方程,给出了对其特有的一类非三对角阵的解决办法。最后通过算例将计算结果与常规FDTD及ADI-FDTD计算结果比较,验证了算法的精确性和有效性。 展开更多
关键词 周期结构 条件稳定 时域有限差分 交替方向隐式
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2012年早春河南一次高架雷暴天气成因分析 被引量:59
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作者 张一平 俞小鼎 +2 位作者 孙景兰 梁俊平 吕林宜 《气象》 CSCD 北大核心 2014年第1期48-58,共11页
利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高... 利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高架雷暴发生在中纬度暖性低槽发展东移的环流形势下,边界层顶以上近中性条件不稳定性层结(偏向于很弱的条件不稳定)在高空槽前正涡度平流和低层暖湿平流的强迫作用下,使得700 hPa以上出现较大范围的较强上升运动,地面冷高压后部偏东气流对高架对流的产生具有冷垫作用。(2)出现高架雷暴的大气低层存在较强的逆温层,700 hPa暖温度脊前的西南暖湿低空急流为高架雷暴的产生提供了充足的水汽和能量,并使低层逆温层顶以上出现弱条件不稳定层结和较高的露点,两者结合导致弱的最不稳定对流有效位能MUCAPE,其值在10~50 J·kg^(-1)之间,高架对流是由逆温层顶附近及其以上的暖湿气块被抬升而造成的,对应1.0~3.0 m·s^(-1)的雷暴内最大上升气流。(3)此次高架雷暴发生在强斜压环境中,有较强的动力不稳定,中低层0~6 km和0~3 km垂直风切变值分别为(3.0~3.7)×10^(-3)和(5.0~5.3)×10^(-3)s^(-1)。(4)本次过程-10℃、-20℃层高度分别在5、6.5 km,弱对流云顶高度多在6~8 km或以上,超过了冻结层高度,易导致雷电发生。(5)从流型配置模型看,高空暖性低槽、中高层强烈发展的温度脊、700 hPa强西南暖湿低空急流和边界层冷中心、冷温度槽、地面冷高压等是值得关注的影响系统,当这些天气系统有利配置时,应注意低层逆温层、中层弱条件不稳定层结的建立以及高架雷暴发生的可能性。 展开更多
关键词 高架雷暴 强逆温层 条件稳定 强垂直风切变 700 hPa暖湿急流 冷空气垫
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