色散介质FDTD方法及其应用研究
本文选题:色散介质 切入点:时域有限差分方法 出处:《延安大学》2016年硕士论文
【摘要】:基于自然界中色散介质的普遍存在性,以及色散介质电波传播问题在雷达目标散射、生物医学诊疗、电磁探测及光学元件检测等领域的重要性,本文针对色散介质时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)方法进行了深入研究,并将其应用于色散介质相关电磁问题分析,所做的工作主要包括以下几方面:1、借鉴数字信号处理中信号与系统的时域关系,讨论了色散介质的通用半解析递归卷积(Semi-Analytical Recursive Convolution,SARC)FDTD方法,并推导了基于SARC算法的色散介质UPML吸收边界条件更新公式,最后通过电偶极子源的辐射验证了UPML吸收边界好的吸收效果,通过常见色散介质板反射系数和介质球雷达散射截面的计算验证了SARC-FDTD方法的正确性和通用性。2、将色散介质SARC算法应用到金属光学特性分析。对可见光和红外光波段金属常用的色散介质模型进行总结,并给出极化率函数的统一表达式,针对该表达式推导了适用于金属光学特性分析的通用改进SARC-FDTD方法,最后应用该方法计算了不同色散模型金属铝板反射系数。3、将色散介质SARC算法应用到分层色散介质FDTD分析。从二维Maxwell旋度方程出发,讨论了TE、TM两种模式下斜入射平面波引入的色散介质通用SARC-FDTD修正方法,并推导了基于SARC-FDTD方法的分层色散介质UPML吸收边界条件的更新公式,进而结合理论解研究了通用SARC-FDTD修正方法的斜入射角度适用范围,最后将SARC-FDTD修正方法用于肿瘤组织电磁特性的分析。
[Abstract]:Due to the prevalence of dispersive media in nature, and the importance of dispersive dielectric wave propagation in the fields of radar target scattering, biomedical diagnosis, electromagnetic detection and optical element detection, etc.In this paper, the finite Difference Time FDTD method for dispersive media is studied and applied to the analysis of electromagnetic problems related to dispersive media.The work done mainly includes the following aspects: 1. Referring to the time-domain relationship between the signal and the system in digital signal processing, the general semi-analytical recursive convolution Recursive solution SARCU FDTD method for dispersive media is discussed.The updating formula of UPML absorbing boundary conditions in dispersive media based on SARC algorithm is derived. Finally, the good absorption effect of UPML absorbing boundary is verified by the radiation of electric dipole source.The correctness and generality of the SARC-FDTD method is verified by the calculation of the reflection coefficient of the dispersive dielectric plate and the radar cross section of the dielectric sphere. The dispersion dielectric SARC algorithm is applied to the analysis of the optical properties of metals.In this paper, the dispersion media models of metals in visible and infrared light bands are summarized, and the unified expression of polarizability function is given. A general improved SARC-FDTD method for the analysis of metal optical properties is derived.Finally, the reflection coefficient of aluminum plate with different dispersion models is calculated by using this method, and the dispersion medium SARC algorithm is applied to the FDTD analysis of layered dispersion medium.Based on the two-dimensional Maxwell curl equation, the general SARC-FDTD correction method for dispersive media introduced by oblique incident plane waves in two modes is discussed, and the updating formula of UPML absorbing boundary conditions for layered dispersive media based on SARC-FDTD method is derived.Then the application range of the oblique incidence angle of the general SARC-FDTD correction method is studied with the theoretical solution. Finally, the SARC-FDTD correction method is applied to the analysis of the electromagnetic characteristics of tumor tissue.
【学位授予单位】:延安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN011
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 张玉强;葛德彪;;一种基于数字信号处理技术的改进通用色散介质移位算子时域有限差分方法[J];物理学报;2009年12期
2 刘广东;张业荣;;二维有耗色散介质的时域逆散射方法[J];物理学报;2010年10期
3 刘广东;张业荣;;一种处理分层有耗色散介质的时域逆散射方法[J];电子学报;2011年12期
4 李蓉芳;光通过色散介质反向散射的角度各向异性和脉冲动力学[J];光机电世界;1994年09期
5 汪凯戈;双光束克尔型非线性色散介质中的量子非破坏测量[J];大连理工大学学报;1997年S2期
6 颛孙旭;马西奎;;一种适用于任意阶空间差分时域有限差分方法的色散介质通用吸收边界条件算法[J];物理学报;2012年11期
7 王中阳,张正泉,徐至展;脉冲光束在均匀色散介质中的传播[J];中国激光;1997年08期
8 李建庆,杨伯君,徐大雄;啁啾光脉冲在正色散介质中的量子传输[J];量子光学学报;1997年03期
9 颜根英;汪先明;于天宝;石哲;廖清华;;含吸收型色散介质的光子晶体的腔极化激元研究[J];量子电子学报;2006年05期
10 代少玉;吴振森;;色散介质中的时域小波Galerkin方法[J];电波科学学报;2007年06期
相关会议论文 前4条
1 胡巍;Miguel A.Porras;;色散介质中的宽带无衍射无色散波模式[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
2 陈凯;吴令安;史砚华;;关于色散介质中的光速问题[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年
3 王yN君;杨利霞;王刚;;一种新的色散介质电磁散射的CDLT-FDTD方法分析[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
4 张梓华;;负色散介质中脉冲的整形与超光速传输[A];科技创辉煌——中国创新成果与学术精典[C];2011年
相关博士学位论文 前3条
1 艾夏;复杂色散介质电磁散射的FDTD算法及其改进方法的研究[D];西安电子科技大学;2013年
2 张玉强;基于DSP的色散介质FDTD算法及相关问题研究[D];西安电子科技大学;2009年
3 唐华;光在共振和非共振介质中的传输及其物理机制研究[D];华南师范大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 刘s,
本文编号:1695495
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1695495.html