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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) 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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柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法 被引量:1
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作者 朱嘉慧 吴金荣 +1 位作者 侯倩男 马力 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第2期163-171,共9页
直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的... 直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。 展开更多
关键词 浅海声传播 时域有限差分 声场预报 时域波形
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采用时域有限差分法分析开关柜中超高频信号传播特性 被引量:24
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作者 姚陈果 黄琮鉴 +3 位作者 吴彬 陈攀 陈昱 米彦 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期272-279,共8页
为研究开关柜内部各部件对超高频信号传播的具体影响,优化开关柜内超高频传感器的安装位置,运用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法,建立了开关柜1:1精确模型,并对不同部件对电磁波传播的影响进行了仿真分析。仿真结... 为研究开关柜内部各部件对超高频信号传播的具体影响,优化开关柜内超高频传感器的安装位置,运用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法,建立了开关柜1:1精确模型,并对不同部件对电磁波传播的影响进行了仿真分析。仿真结果得出:电流传感器(current transformer,TA)和母线对电磁波信号有较强的衰减作用,绝缘子会引起明显的波形畸变,而断路器对电磁波信号的影响有限。通过在仿真模型中不同位置设置放电点和检测点,综合考虑不同放电情况下各检测点的总体检测效果及检测波动性,并通过试验验证,最终确定了开关柜前柜底板右侧为传感器最佳安装位置。 展开更多
关键词 超高频(UHF) 局部放电(PD) 开关柜 时域有限差分(FDTD) 传播特性 传感器位置
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基于高阶时域有限差分算法的电磁波传播计算 被引量:6
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作者 苏卓 谭峻东 +1 位作者 张俊 龙云亮 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期431-436,共6页
利用FDTD(2,4)高阶时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法并结合滑动窗口的思想,对电磁波传播特性进行了仿真计算.采用的高阶FDTD算法在空间上达到四阶精度,与二阶精度的传统FDTD算法相比,在相同每波长采样数的条件下,... 利用FDTD(2,4)高阶时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)算法并结合滑动窗口的思想,对电磁波传播特性进行了仿真计算.采用的高阶FDTD算法在空间上达到四阶精度,与二阶精度的传统FDTD算法相比,在相同每波长采样数的条件下,数值色散误差能得到进一步的减少.在源脉冲传播较长距离时,数值色散的减少使得时域下脉冲扩展现象得到改善,滑动子窗口仍然能包含着激励源脉冲的全部信息,从而可更加准确地计算长距离电波传播特性.另外,在相同的数值色散误差容限下,每波长采样数比传统二阶FDTD方法有所减少,从而节省存储空间,加快计算速度. 展开更多
关键词 时域有限差分 高阶 数值色散 电波传播
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一种快速高效二维时域有限元束传播法
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作者 于兵 孙小菡 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期385-388,共4页
提出并建立了一种新型的快速分析平面光波光路器件传输特性的2D时域有限元束传播法(FE-TD-BPM)模型.与常规时域差分格式的有限元束传播法相比,在时域实现了一维有限元(FEM)离散化处理,基于完全匹配层(PML)边界条件给出了全有限元离散化... 提出并建立了一种新型的快速分析平面光波光路器件传输特性的2D时域有限元束传播法(FE-TD-BPM)模型.与常规时域差分格式的有限元束传播法相比,在时域实现了一维有限元(FEM)离散化处理,基于完全匹配层(PML)边界条件给出了全有限元离散化模型.为了验证算法的精度以及速度,模拟分析了直脊波导以及波导光栅,并且与已有文献的计算结果进行比较,结果表明,该算法无条件稳定、计算速度快,与常规时域差分格式的有限元束传播法相差在0.002%以内,并节省了约70%的机时. 展开更多
关键词 时域有限传播 平面光波光路 完全匹配层
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平面光波导器件时域有限差分束传输法分析中边界和初始条件的处理 被引量:5
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作者 申屠伟进 蔡纯 +2 位作者 戴劲草 张明德 孙小菡 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期537-541,共5页
从慢变包络(SVEA)时域光传输方程出发,对比了综合道格拉斯(GD)和传统的中心差分(CN)两种离散化格式,指出GD法比CN法精度有了很大提高 重点讨论了GD法的TD BPM边界处理问题,给出了吸收边界和透明边界离散的显式和隐式表达式,分析并确定... 从慢变包络(SVEA)时域光传输方程出发,对比了综合道格拉斯(GD)和传统的中心差分(CN)两种离散化格式,指出GD法比CN法精度有了很大提高 重点讨论了GD法的TD BPM边界处理问题,给出了吸收边界和透明边界离散的显式和隐式表达式,分析并确定了交替方向隐式法(ADIM)的边界处理方式;同时,对激励源加入的连接边界进行了仔细讨论 结果表明对于隐式GD TD BPM法边界处理应采用隐式。 展开更多
关键词 平面波导器件 时域有限差分 传输 综合道格拉斯 边界条件 连接条件
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基于有限差分束传播法的Mach-Zehnder型波导电光调制器的模拟设计 被引量:7
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作者 赵文怡 金国良 +2 位作者 应再生 戴蓓兴 戴海平 《光子学报》 EI CAS CSCD 1998年第2期156-161,共6页
针对掺钛铌酸锂MachZehnder型波导电光调制器的结构及折射率分布,运用有限差分束传播方法(FDBPM)进行模拟计算,取得了二维情况下的最佳设计尺寸在此基础上,把所得的设计结果与原有的用快速傅里叶束传播方法... 针对掺钛铌酸锂MachZehnder型波导电光调制器的结构及折射率分布,运用有限差分束传播方法(FDBPM)进行模拟计算,取得了二维情况下的最佳设计尺寸在此基础上,把所得的设计结果与原有的用快速傅里叶束传播方法(FFTBPM)所得的结果进行比较和分析结果显示,运用有限差分束传播方法不仅取得了预期的结果,而且,这种方法比原有的快速傅里叶束传播方法更快捷和方便。 展开更多
关键词 波导电光调制器 有限差分 传播 光波导
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基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析 被引量:3
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作者 潘卫清 何对燕 +1 位作者 李志宏 董勤 《光通信研究》 北大核心 2003年第6期62-65,共4页
为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗,设计了4种过渡波导形状函数,用有限差分光束传播法(FD BPM)进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件关系,并给出了条件表达式和详细说明.
关键词 有限差分传播 过渡波导 集成光学 曲折角 坡度
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基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析
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作者 潘卫清 何对燕 +1 位作者 李志宏 董勤 《应用光学》 CAS CSCD 2003年第5期8-10,19,共4页
 为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗,设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD BPM)进行了模拟分析,发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关,并给出了条件表达式及其详细说明。
关键词 光波导 有限差分传播 集成光学 过渡波导形状函数 斜坡波导 弯曲波导 功耗分析
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旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析 被引量:7
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作者 刘玉玲 卢振武 +2 位作者 任智斌 李凤有 曹召良 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第10期1259-1263,共5页
采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析 推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式 ;给出了入射波的设置方法 ;采用了完全匹配层吸收边界条件 ;改进了平面波谱传播算法 ,大大简化了计算过程并提高了... 采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析 推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式 ;给出了入射波的设置方法 ;采用了完全匹配层吸收边界条件 ;改进了平面波谱传播算法 ,大大简化了计算过程并提高了计算速度 对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布 数值计算结果表明 。 展开更多
关键词 亚波长 衍射光学元件 时域有限差分 传播
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一种高阶辛时域有限差分法的研究 被引量:5
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作者 赵瑾 徐善驾 吴先良 《电波科学学报》 EI CSCD 2004年第5期569-572,共4页
从电磁场方程的Hamilton函数出发 ,提出了一种基于辛时域积分技术的高阶时域有限差分方法。该方法对时域的离散采用了能够保证系统的相空间体积不变和总能量不变的辛格式 ,对于空间的离散采用中心差分格式。计算结果表明与传统的时域高... 从电磁场方程的Hamilton函数出发 ,提出了一种基于辛时域积分技术的高阶时域有限差分方法。该方法对时域的离散采用了能够保证系统的相空间体积不变和总能量不变的辛格式 ,对于空间的离散采用中心差分格式。计算结果表明与传统的时域高阶差分方法———Runge Kutta法比较 。 展开更多
关键词 高阶时域有限差分 时域积分技术 Runge—Kutta
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基于时域有限差分法的圆极化十字振子天线设计 被引量:2
12
作者 黄炳刚 项阳 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期764-767,共4页
通过对圆极化十字振子天线在同相馈电时中间区域电磁耦合的分析,提出了用于表征十字振子天线实现圆极化的振子等效长度缩短模型。利用时域有限差分法,设计了十字振子天线。通过仿真和优化,找到了实现圆极化的振子最佳尺寸,并研究了天线... 通过对圆极化十字振子天线在同相馈电时中间区域电磁耦合的分析,提出了用于表征十字振子天线实现圆极化的振子等效长度缩短模型。利用时域有限差分法,设计了十字振子天线。通过仿真和优化,找到了实现圆极化的振子最佳尺寸,并研究了天线尺寸改变时,极化特性的变化规律。在一定轴比带宽条件下,优化后的十字振子天线正交方向上圆极化轴比可以达到1.023。 展开更多
关键词 十字振子天线 圆极化 轴比 时域有限差分 矩量
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标量时域有限差分法用于平面光波导模场分析 被引量:1
13
作者 黄重庆 张国平 刘靖 《华中师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第3期283-286,共4页
用二维标量时域有限差分法分析了平面光波导基模的模场分布情况 ,在设置场源时分别用了五种不同形态的光源作为激励 ,在光传播到一定距离和时间后得到的五种不同激励下的稳态模场分布完全相同 ,并与解析法讨论的结果一致 .
关键词 光波导 FD-TD 模场分布 标量时域有限差分
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对时域有限差分法分析微带贴片天线的某些改进 被引量:2
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作者 何芒 徐晓文 《微波学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期24-29,共6页
采用非分裂式理想匹配层 (UPML)吸收边界条件有效地减小了计算空间 ;使用金属细线算法考察了探针半径对微带天线特性的影响 ;对于输入阻抗及方向图计算中涉及到的晚时响应采用修正的广义函数束方法(GPOF)进行外推插值 ,大大节省了计算时... 采用非分裂式理想匹配层 (UPML)吸收边界条件有效地减小了计算空间 ;使用金属细线算法考察了探针半径对微带天线特性的影响 ;对于输入阻抗及方向图计算中涉及到的晚时响应采用修正的广义函数束方法(GPOF)进行外推插值 ,大大节省了计算时间 ,并使用解析方法有效地减少了离散傅立叶变换的计算量 ;对于采用软激励时时域电压波形不收敛于零的问题提出了一种解决办法 ;比较了有限大及无限大介质衬底对天线特性的影响。计算结果与现有文献及实验数据相比较 。 展开更多
关键词 时域有限差分 微带贴片天线 广义函数 输入阻抗 方向图
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复杂波导元件的时域有限差分法分析 被引量:1
15
作者 王加莹 高本庆 《微波学报》 CSCD 北大核心 1999年第1期16-23,共8页
本文研究如何应用FDTD方法对一些复杂波导元件进行分析。应用子域连接技术,配合PML技术、连接边界法和非正交网格技术等,以波导双T、混合接头环耦合器等波导元件为例,得出这些器件的散射参数。对部分参数作出了测量,计算值和测量值... 本文研究如何应用FDTD方法对一些复杂波导元件进行分析。应用子域连接技术,配合PML技术、连接边界法和非正交网格技术等,以波导双T、混合接头环耦合器等波导元件为例,得出这些器件的散射参数。对部分参数作出了测量,计算值和测量值吻合较好。算法的优点在于计算域小、计算时间缩短、共形性好及子域建模程序具有可移植性等。 展开更多
关键词 时域有限差分 子域连接 波导元件 建模
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运用有限差分时域法计算具有径向色散特性的圆柱形隐形斗篷(英文)
16
作者 王学文 王成 +1 位作者 周仁龙 曾志前 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1722-1726,共5页
提出了一种具有径向色散特性有限差分时域法(FDTD法)的电磁隐形斗篷建模.隐形斗篷的介电常数和磁导率是采用了drude色散模型以及相应的色散FDTD算法.数值模拟表明,在理想的条件下,隐形斗篷中的物体对外电磁场是隐形的.对于入射平面波和... 提出了一种具有径向色散特性有限差分时域法(FDTD法)的电磁隐形斗篷建模.隐形斗篷的介电常数和磁导率是采用了drude色散模型以及相应的色散FDTD算法.数值模拟表明,在理想的条件下,隐形斗篷中的物体对外电磁场是隐形的.对于入射平面波和点声源,波前平滑地进入隐形斗篷,并绕过中心的物体区域,离开隐形斗篷后又恢复为原来的传播状态.远场散射图表明,与一个理想导体圆柱相比隐形斗篷可以减少沿各个方向的散射. 展开更多
关键词 电磁隐形斗篷 各向异性材料 有限差分时域
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一种新型非基于慢变包络近似的三维有限元束传播法
17
作者 于兵 赵丹 +1 位作者 葛俊祥 孙小菡 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2016年第6期529-532,共4页
提出了一种新型非基于慢变包络近似的三维有限元束传播法.该方法相较Hadley所提出的广角束传播法,在分析光信号与光波导之间相互作用时同时考虑了载波和调制波对传输特性的影响,更具一般性且精度更高.通过与已发表的权威文献相比,在相... 提出了一种新型非基于慢变包络近似的三维有限元束传播法.该方法相较Hadley所提出的广角束传播法,在分析光信号与光波导之间相互作用时同时考虑了载波和调制波对传输特性的影响,更具一般性且精度更高.通过与已发表的权威文献相比,在相同的计算资源下,精度提高了10%. 展开更多
关键词 传播 有限 广角(WA) Padé算子 定向耦合器
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复合材料电磁特性的非均匀时域有限差分法分析
18
作者 朱正吼 邱伟娟 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 2001年第2期30-33,共4页
介绍了用非均匀时域有限差分方法计算复合材料电磁特性问题的基本原理、数学模型、网格划分、边界条件与初始条件等。文章着重针对解决材料结构为各向异性时的电磁特性计算问题。最后 ,利用非均匀时域有限差分方法求解了 [0 0 ]n 玻璃纤... 介绍了用非均匀时域有限差分方法计算复合材料电磁特性问题的基本原理、数学模型、网格划分、边界条件与初始条件等。文章着重针对解决材料结构为各向异性时的电磁特性计算问题。最后 ,利用非均匀时域有限差分方法求解了 [0 0 ]n 玻璃纤维 /环氧树脂层合板在 TEM波入射时的散透射高频电磁波的情况 。 展开更多
关键词 时域有限差分 复合材料 电磁特性 各向异性结构 FD-TD
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一种新型全域时域有限差分法
19
作者 郑阳明 褚庆昕 《微波学报》 CSCD 北大核心 2005年第3期19-22,42,共5页
提出一种基于半导体器件漂移扩散模型并结合交替方向隐式时域有限差分(AD I-FDTD)法的新型全域FDTD法。该方法时间步长的选择取决于数值精度而非稳定性,克服了传统全域FDTD法为了保持数值稳定性,时间步长的选取受限于Courant稳定性条件... 提出一种基于半导体器件漂移扩散模型并结合交替方向隐式时域有限差分(AD I-FDTD)法的新型全域FDTD法。该方法时间步长的选择取决于数值精度而非稳定性,克服了传统全域FDTD法为了保持数值稳定性,时间步长的选取受限于Courant稳定性条件的问题。该方法的复杂度稍微增加,但是通过增加时间步长,减少计算时间、提高计算速度。该方法的主要特点是模拟一个简单的二极管分布开关电路。 展开更多
关键词 时域有限差分 全域 FDTD 漂移扩散模型 时间步长 半导体器件 数值稳定性 稳定性条件 交替方向 非稳定性 数值精度 计算时间 计算速度 开关电路 主要特点 复杂度 二极管
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非线性器件的时域有限差分法分析 被引量:1
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作者 蔡鹏 杨雪霞 徐得名 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期136-139,共4页
用时域有限差分法(FDTD)分析了两种非线性集总元件.提出了一种改进的非线性集总网络算法(INL2N),解决了肖特基二极管在FDTD法中轴向占多个网格情况的处理方法;同时给出了分析耿氏二极管的一组实用的FDTD迭代公式;这两种方法的计算结果... 用时域有限差分法(FDTD)分析了两种非线性集总元件.提出了一种改进的非线性集总网络算法(INL2N),解决了肖特基二极管在FDTD法中轴向占多个网格情况的处理方法;同时给出了分析耿氏二极管的一组实用的FDTD迭代公式;这两种方法的计算结果与文献及SPICE结果吻合较好. 展开更多
关键词 非线性器件 时域有限差分(FDTD) 肖特基二极管 FDTD 耿氏二极管 SPICE 网络算 集总元件 处理方 迭代公式 计算结果
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