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全自动超声速流动计算架构及实现
1
作者 刘君 陈洁 +2 位作者 卢俊宇 汪骥 徐春光 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期83-93,共11页
实现CFD计算流程中网格生成及计算流程的自动化,能显著提高CFD仿真效率,具有重要应用价值。以扎染算法为基础的全自动CFD模拟技术架构,实现输入实体模型后无须几何清理,即可自动生成网格、快速开始无黏超声速流场计算的功能。通过二维... 实现CFD计算流程中网格生成及计算流程的自动化,能显著提高CFD仿真效率,具有重要应用价值。以扎染算法为基础的全自动CFD模拟技术架构,实现输入实体模型后无须几何清理,即可自动生成网格、快速开始无黏超声速流场计算的功能。通过二维数值算例验证了该技术的计算精度和非结构有限体积法相当,但计算效率明显提升;开发出基于手绘模型实时开始计算的Auto-CFD软件,理论上能对二维任意外形进行全自动模拟计算;将该技术从二维空间推广到三维,以激光扫描汽车得到的不规则点云作为外形演示了本技术对复杂外形问题的适应能力。基于扎染算法发展的Auto-CFD技术架构,兼容主流差分格式,具有良好的网格适应性,有望解决现有Auto-CFD软件存在的技术问题。 展开更多
关键词 非结构网格有限差分法 笛卡儿网格 网格生成 软件自动化 扎染算法
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网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射 被引量:24
2
作者 闫玉波 葛宁 +2 位作者 郑美艳 葛德彪 田春明 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期821-824,共4页
本文应用基于消息传递 (MessagePassing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法 .通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算 ,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去 ,... 本文应用基于消息传递 (MessagePassing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法 .通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算 ,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去 ,从而实现FDTD并行计算 .我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法 .计算结果表明了本方法的正确性和有效性 . 展开更多
关键词 网络并行计算 fdTD方法 区域分割技术 电磁散射
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基于广角FD-BPM的PML边界处理方法 被引量:11
3
作者 林青春 肖悦娱 何赛灵 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期349-353,共5页
本文提出了基于三阶 Padé近似广角有限差分光束传输法 (FD- BPM)的简单有效的完美匹配层 (PML)边界处理方法 .分别给出了该方法应用于斜波导和多模干涉 (MMI)数值模拟的结果 ,并与用完全透明边界条件处理的模拟计算结果进行了比较 ... 本文提出了基于三阶 Padé近似广角有限差分光束传输法 (FD- BPM)的简单有效的完美匹配层 (PML)边界处理方法 .分别给出了该方法应用于斜波导和多模干涉 (MMI)数值模拟的结果 ,并与用完全透明边界条件处理的模拟计算结果进行了比较 .本文最后对基于广角 FD- BPM的 PML边界处理方法进行了优化 . 展开更多
关键词 完美匹配层 有限差光束传输光 广角传播 多模干涉 fd-BPM PML 边界处理 斜波导 数值模拟
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Mach-Zehnder波导中TM波的FD-BPM分析 被引量:2
4
作者 甘小勇 刘永智 +2 位作者 廖进昆 陈海燕 代志勇 《应用光学》 CAS CSCD 2003年第4期12-16,共5页
 M-Z结构波导是许多集成光学器件中的重要组成单元。本文结合辐射透明边界条件(TBC),由Maxwell方程导出了TM模有限差分光束传播法(FD-BPM)基本方程,用FD-BPM法系统地模拟了M-Z波导结构中TM模的传播情况,并着重对其结构进行了优化设计,...  M-Z结构波导是许多集成光学器件中的重要组成单元。本文结合辐射透明边界条件(TBC),由Maxwell方程导出了TM模有限差分光束传播法(FD-BPM)基本方程,用FD-BPM法系统地模拟了M-Z波导结构中TM模的传播情况,并着重对其结构进行了优化设计,取得了二维情况下的最佳尺寸。研究结果表明,该法在模拟分析集成光学中具有的有效性、方便性和优越性,为实际的设计制作提供了很好的模拟依据。 展开更多
关键词 Mach-Zehnder波导 TM模 有限差分光束传播法
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FDTD中的一种新截断边界-STWBC 被引量:8
5
作者 谭怀英 梁甸农 刘克成 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期412-413,共2页
本文提出了一种新的边界条件 :驻波 -行波边界条件 (STWBC) .这种边界条件是在计算域外附加理想导电 (磁 )壁进行截断 ,运用反射原理 ,将边界处的驻波转化为行波 ,保持计算域内的行波状态 ,在有限空间内有效模拟出无限大的电磁散射空间 ... 本文提出了一种新的边界条件 :驻波 -行波边界条件 (STWBC) .这种边界条件是在计算域外附加理想导电 (磁 )壁进行截断 ,运用反射原理 ,将边界处的驻波转化为行波 ,保持计算域内的行波状态 ,在有限空间内有效模拟出无限大的电磁散射空间 .文中给出了该边界条件在FDTD中的差分迭代式 ,以及二维数值实验结果 ,并与PML边界和单向波边界进行了比较 .由于该边界比单向波边界所需计算空间小 ,数值稳定性好 ,同时不象PML边界 ,需要进行场量分离和附加额外的吸收层 。 展开更多
关键词 信号处理 时域有限差分 驻波-行波边界 STWBC
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FDTD并行算法研究:电和磁本构参数均为各向异性情形 被引量:3
6
作者 杨利霞 葛德彪 +2 位作者 魏兵 郑奎松 葛宁 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1703-1707,共5页
研究并实现了三维电与磁本构参数均为各向异性介质时的时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法.根据电磁各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)迭代式,电场和磁场某一节点场值的计算均涉及到其周围邻近28个场分量节点值.详细分析了该情况下各向... 研究并实现了三维电与磁本构参数均为各向异性介质时的时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法.根据电磁各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)迭代式,电场和磁场某一节点场值的计算均涉及到其周围邻近28个场分量节点值.详细分析了该情况下各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法中的数据通讯规律.通过采用相邻子域重叠半个网格的区域划分方式,传递分界面两边相关节点的场值,实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值计算结果表明了该算法和程序的正确性. 展开更多
关键词 各向异性介质 各向同性介质 并行算法 时域有限差分(fdTD)方法
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遗传算法与FDTD优化设计智能天线阵 被引量:5
7
作者 高峰 刘其中 +1 位作者 单润红 肖良勇 《微波学报》 CSCD 北大核心 2005年第3期5-8,共4页
研究了遗传算法(GA)和时域有限差分法(FDTD)结合来优化智能天线阵列。采用FDTD精确分析考虑互耦影响的智能天线阵,然后结合遗传算法以信噪比为优化基准对加权向量和天线的结构进行了一体化的优化设计,使用Fortran和MATLAB混合编程,优化... 研究了遗传算法(GA)和时域有限差分法(FDTD)结合来优化智能天线阵列。采用FDTD精确分析考虑互耦影响的智能天线阵,然后结合遗传算法以信噪比为优化基准对加权向量和天线的结构进行了一体化的优化设计,使用Fortran和MATLAB混合编程,优化设计了均匀直线阵和圆形智能天线阵。最后,通过实验天线验证了其有效性。 展开更多
关键词 智能天线阵 优化设计 时域有限差分法(fdTD) 遗传算法(GA) MATLAB 天线阵列 精确分析 加权向量 混合编程 一体化 信噪比 直线阵 互耦
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并行FDTD结合服务器分析电大电磁问题 被引量:3
8
作者 雷继兆 梁昌洪 张玉 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期846-850,共5页
为了在刀片服务器平台发挥并行FDTD的最佳性能,以舰船模型上两根超短波天线的远场辐射分析为例,采用各种节点配置和MPI虚拟拓扑结构进行计算,分析了不同MPI虚拟拓扑对并行性能的影响,提出了刀片服务器平台中MPI编程环境的并行FDTD的最... 为了在刀片服务器平台发挥并行FDTD的最佳性能,以舰船模型上两根超短波天线的远场辐射分析为例,采用各种节点配置和MPI虚拟拓扑结构进行计算,分析了不同MPI虚拟拓扑对并行性能的影响,提出了刀片服务器平台中MPI编程环境的并行FDTD的最佳虚拟拓扑选择原则.以F117飞机模型为例,利用该方法准确快速地计算了其工作于2 GHz的雷达散射截面,该问题需很大内存,基于PC集群的并行FDTD无法处理. 展开更多
关键词 时域有限差分法 并行计算 电大平台 电磁散射 MPI
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遗传算法和FD-MEI方法应用于二维电磁成象 被引量:3
9
作者 钱祖平 洪伟 《应用科学学报》 CAS CSCD 2000年第1期20-23,共4页
从电磁散射的微分方程出发 ,利用不变性测试方程 (MEI方程 )与有限差分法求解电磁散射问题 ,由等效原理与格林函数的渐近式求得远区散射场 ,以测量的散射场和计算的散射场的最大偏差为目标函数 ,通过遗传算法优化介质参数使目标函数达... 从电磁散射的微分方程出发 ,利用不变性测试方程 (MEI方程 )与有限差分法求解电磁散射问题 ,由等效原理与格林函数的渐近式求得远区散射场 ,以测量的散射场和计算的散射场的最大偏差为目标函数 ,通过遗传算法优化介质参数使目标函数达到最小值来重构散射体 ,最后给出反演结果 . 展开更多
关键词 遗传算法 逆问题 电磁散射 有限差分法
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共享内存系统中高效并行FDTD计算方案 被引量:3
10
作者 赖生建 王秉中 黄廷祝 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期680-683,共4页
针对电大问题的FDTD仿真,在共享内存系统中提出一种不交换数据的并行FDTD计算方案。该方案利用共享内存系统的通用多核处理器架构,直接读取并行场域边界面的数据实现并行计算,采用自主开发的多线程技术实现FDTD的并行计算。通过数值仿... 针对电大问题的FDTD仿真,在共享内存系统中提出一种不交换数据的并行FDTD计算方案。该方案利用共享内存系统的通用多核处理器架构,直接读取并行场域边界面的数据实现并行计算,采用自主开发的多线程技术实现FDTD的并行计算。通过数值仿真测试,提出了最大并行计算效率的区域划分方式,并验证了所提出的方案是一种理想的基于共享内存系统的并行FDTD计算方案。 展开更多
关键词 计算效率 时域有限差分法 通用多核处理器 并行算法 共享内存
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基于法拉第效应磁化等离子体光子晶体FDTD分析 被引量:4
11
作者 刘崧 刘少斌 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期225-229,共5页
通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的... 通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。 展开更多
关键词 等离子体光子晶体 光子带隙 法拉第效应 时域有限差分算法
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基于离散化和线性化的输气管网动态偏微分方程模型求解方法 被引量:2
12
作者 赵佩尧 李正烁 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期277-288,共12页
针对目前各类输气管网动态偏微分方程求解方法普遍存在的计算速度和求解精度不能有效兼顾的问题,提出了一种输气管网动态偏微分方程模型的离散化和线性化方法。首先,基于有限体积法(FVM)和有限差分法(FDM),推导出具有较高精度的离散化... 针对目前各类输气管网动态偏微分方程求解方法普遍存在的计算速度和求解精度不能有效兼顾的问题,提出了一种输气管网动态偏微分方程模型的离散化和线性化方法。首先,基于有限体积法(FVM)和有限差分法(FDM),推导出具有较高精度的离散化和线性化的输气管道偏微分方程组。然后,为解决大规模离散化方程组计算复杂的问题,基于SIMPLE算法,对离散化和线性化后的数学模型提出了快速求解方案;针对每个离散网格节点的方程组,推导出削减变量规模的求解方程格式,并通过“假设-修正”的思想进行求解,提升求解精度。以商业软件Pipeline Studio的运行结果作为仿真标准,将本文方法分别应用于单一管道和简单管网的动态仿真案例,与有限差分法、特征线法和等效电路法进行了求解速度和精度的比较,并通过选取不同空间步长进行仿真,探究了本文方法与其他方法的求解速度和精度受离散化的空间步长的影响程度。结果表明:本文方法在求解单一管道模型的平均误差为0.1943%,求解用时为1.169 s;在简单管网仿真中,本文方法的平均误差为0.2794%,用时为37.285 s。在选取不同空间步长时,本文方法都能保证收敛,平均误差保持在0.3%以内。由此,证明了本文方法的正确性和稳定性,并且,本文方法的速度和精度要求都能得到充分保证。综上,本文方法能够有效应用于天然气输气管网的动态仿真研究。 展开更多
关键词 天然气输气管网 偏微分方程 有限体积法 有限差分法 SIMPLE算法
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电磁场FDTD算法的容错分析与实现 被引量:1
13
作者 刘瑜 梁正 杨梓强 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1766-1770,共5页
针对时域有限差分(FDTD)算法的计算机实现困难,提出时间与空间容错概念,并详细分析了FDTD算法的容错特性,以及影响容错FDTD执行性能与计算精度的几个关键因素.在容错实现中,本文提出容错写盘时忽略理想匹配层(PML)吸收边界,并利用内存... 针对时域有限差分(FDTD)算法的计算机实现困难,提出时间与空间容错概念,并详细分析了FDTD算法的容错特性,以及影响容错FDTD执行性能与计算精度的几个关键因素.在容错实现中,本文提出容错写盘时忽略理想匹配层(PML)吸收边界,并利用内存映射技术实现电/磁场值数组,然后将其应用到FDTD算法的时间与空间容错中.数值模拟实例和相关的性能比较结果验证了方法的有效性. 展开更多
关键词 时域有限差分算法 容错 吸收边界 内存映射数组
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基于系统函数的FDTD特性研究 被引量:1
14
作者 陈春雨 吴群 《微波学报》 CSCD 北大核心 2010年第5期53-55,共3页
提出了基于系统函数的时域有限差分(FDTD)特性分析方法;根据一维自由空间的FDTD迭代方程,利用组合数学理论获得了解的解析式;通过对解进行Z变换,得到了系统函数的表达式;根据系统函数,针对不同情况分析了FDTD的特性;仿真结果对理论分析... 提出了基于系统函数的时域有限差分(FDTD)特性分析方法;根据一维自由空间的FDTD迭代方程,利用组合数学理论获得了解的解析式;通过对解进行Z变换,得到了系统函数的表达式;根据系统函数,针对不同情况分析了FDTD的特性;仿真结果对理论分析进行了验证。 展开更多
关键词 时域有限差分 系统函数 组合数学
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二维FDTD法互连线分析的非均匀网格实现 被引量:1
15
作者 邵维 王秉中 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期385-388,共4页
用二维时域有限差分法计算高速集成电路有耗互连线频变参数时,如采用均匀细网格划分整个仿真空间,微米级的互连线结构和趋肤深度会导致计算机内存空间占用太大,计算速度很低。基于此,该文提出一种结合理想电壁截断边界条件的渐变非均匀... 用二维时域有限差分法计算高速集成电路有耗互连线频变参数时,如采用均匀细网格划分整个仿真空间,微米级的互连线结构和趋肤深度会导致计算机内存空间占用太大,计算速度很低。基于此,该文提出一种结合理想电壁截断边界条件的渐变非均匀网格划分技术,其优点是简单方便,编程计算极易实现,并且可以在保证计算精度的前提下明显提高电磁仿真的效率。 展开更多
关键词 二维时域有限差分法 互连线 渐变非均匀网格 趋肤深度
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数值摄动算法及其CFD格式 被引量:3
16
作者 高智 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期607-633,共27页
数值摄动算法将流体动力学效应耦合进NS方程组和对流扩散(CD)方程离散的数学基本格式(MBS),特别是耦合进最简单的一阶迎风和二阶中心格式之中,由此构建成一系列新的摄动格式(PS).构建PS的主要步骤是将MBS中的通量重构为步长的幂级数,利... 数值摄动算法将流体动力学效应耦合进NS方程组和对流扩散(CD)方程离散的数学基本格式(MBS),特别是耦合进最简单的一阶迎风和二阶中心格式之中,由此构建成一系列新的摄动格式(PS).构建PS的主要步骤是将MBS中的通量重构为步长的幂级数,利用空间分裂和导出的高阶流体动力学线性关系式,并引入下游不影响上游的对流运动规律,通过消除重构格式修正微分方程的截断误差诸项求出幂级数的待定系数,由此获得非线性PS.PS的项是MBS中对应项与R△x(及λR△x)之简单多项式的乘积,R△x和λ分别是网格Reynolds数和网格CFL数.PS和MBS使用相同结点,简单性彼此相当,但PS精度高,稳定范围大,例如PS包含了许多绝对稳定高阶迎风和中心有限差分(FD)格式和绝对正型有限体积(FV)格式,这些格式对网格Reynolds数的任意值均为不振荡格式.数值摄动算法因此是构建高精度不振荡CFD格式的新方法.PS用于计算不可压缩流、可压缩流、液滴萃取传质、微通道两相流等,均获得良好数值结果或与已有Benchmark解一致的数值结果.已有文献称数值摄动算法为新型高精度方法和高算法,文中也讨论了一些值得进一步研究的课题. 展开更多
关键词 计算流体力学 数值摄动算法 数学基本格式 摄动差分格式 摄动有限体积格式
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用FD-TD法计算吸波涂层的电磁波散射
17
作者 俞集辉 唐翠峰 黄键 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 1998年第6期35-40,共6页
建立了适用于复合材料吸波涂层的时域有限差分法。通过计算吸波涂层的电磁波散射问题算例,并将计算所得数值解与解析解进行比较,论证了该算法的正确性。
关键词 电磁波散射 吸波涂层 fd-TD法 复合材料
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非均匀网格GA-A3DI-FDTD法分析微波电路
18
作者 张岩 吕善伟 +1 位作者 张军 赵福玲 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期760-764,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 时域有限差分法 人工各向异性 遗传算法 非均匀网格 微波电路
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FDTD结合广义网络连接理论分析缝隙阵功分网络系统
19
作者 张玉 梁昌洪 李龙 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第7期1062-1065,共4页
FDTD方法已经被广泛应用于各种微波工程问题中 ,但是对于大型和复杂系统 ,计算资源的限制成为它进一步发展的约束瓶颈 .本文提出采用FDTD分析复杂系统中的基础元件 ,再结合广义网络连接理论获得复杂系统整体特性的方案 .缝隙阵的功分网... FDTD方法已经被广泛应用于各种微波工程问题中 ,但是对于大型和复杂系统 ,计算资源的限制成为它进一步发展的约束瓶颈 .本文提出采用FDTD分析复杂系统中的基础元件 ,再结合广义网络连接理论获得复杂系统整体特性的方案 .缝隙阵的功分网络是一个典型的复杂微波系统 ,文中对 5端口功分网络进行了实例分析 。 展开更多
关键词 时域有限差分法 广义网络连接理论 功分网络
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CFDTD法在涂敷金属目标TM散射问题中的应用研究
20
作者 张玉胜 汪文秉 马理民 《微波学报》 CSCD 北大核心 1997年第2期97-102,96,共7页
本文对FDTD方法中的CP剖分技术在二维情况下进行了详细的研究,推导出并数值实现了涂敷金属导体附近网格点上场量的迭代方程。在二维TM情况下,对涂敷或半涂敷金属柱体的远区RCS及近区场分布进行计算,根据计算实例解析结果考查了CFDTD... 本文对FDTD方法中的CP剖分技术在二维情况下进行了详细的研究,推导出并数值实现了涂敷金属导体附近网格点上场量的迭代方程。在二维TM情况下,对涂敷或半涂敷金属柱体的远区RCS及近区场分布进行计算,根据计算实例解析结果考查了CFDTD的计算精度。 展开更多
关键词 电磁散射 CfdTD法 RCS 微波吸收材料
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