基于FDTD算法的时变等离子体及分层媒质的研究

发布时间：2024-11-07 19:15

　　等离子体是指当部分电子被剥夺原子或原子团后在电离作用下产生的由正负粒子组成的离子化气体状物质,它作为除了固态,液态,气态后自然界的第四种状态,广泛的存在于自然界,其宏观上为呈现电中性的电离气体,尺度大于德拜长度。由于其良好的导电性,以及经过磁场的作用可以对其进行捕捉、移动、加速。因此,在材料,能源,航天等各个方面都占据着举足轻重的作用。特别是在未来可能发生的电子战、信息战中,对等离子体的研究的作用也显得尤为重要。而时域有限差分法(FDTD)作为一种成熟的数值计算方法在处理电磁问题时具有广泛的应用,简单直观的计算思想也使得它成为一种经典的计算方法并不断的被更多的人发展和研究。由于其方法是直接将样本点的场值与周围的场值直接相关联,使其在处理复杂形状目标和非均匀介质物体的电磁散射、辐射问题具有很好的优势,便于分析和设计。因此,本文的研究内容是将FDTD应用于等离子体中展开的,主要做了以下几个方面的工作:(1)在高阶FDTD方法的基础上,应用安培环路定律对高阶FDTD方法进行改进,得到一组优化系数。与传统的FDTD方法相比,这种改进的高阶FDTD计算的精度更高、应用更广。(2)应用ADE-FDT...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 计算电磁学的意义
    1.2 计算电磁学中的常见方法
    1.3 论文的研究背景和意义
    1.4 论文安排
第二章 FDTD基本理论
    2.1 麦克斯韦方程组和FDTD基本差分公式
    2.2 FDTD的数值稳定性和色散
        2.2.1 Courant稳定性条件
        2.2.2 数值色散
    2.3 伸缩坐标完全匹配层(CPML)
        2.3.1 伸缩坐标Maxwell方程及平面波
        2.3.2 分界面的无反射条件
        2.3.3 基于伸缩坐标的CPML时域步进公式
第三章 高阶FDTD方法的优化计算
    3.1 高阶FDTD算法
    3.2 高阶FDTD方法色散关系的推导
    3.3 改进的高阶FDTD算法
    3.4 数值算例
第四章 一维时变等离子体传播特性研究
    4.1 等离子体概述
        4.1.1 等离子体基本概念
        4.1.2 等离子体基本参数
    4.2 ADE-FDTD方法
    4.3 数值结果分析
        4.3.1 太赫兹波在不同上升时间下的计算
        4.3.2 时变尘埃等离子体平板的厚度对传输的影响
        4.3.3 不同尘埃粒子密度、粒子半径和电子密度对吸收系数的影响
        4.3.4 太赫兹段下不同碰撞频率的传播特性的研究
    4.4 总结
第五章 优化的FDTD方法在含等离子体材料的分层媒质中的应用
    5.1 总场与散射场
        5.1.1 一维总场与散射场
        5.1.2 二维总场与散射场
    5.2 真空中FDTD平面波斜入射引入方法
    5.3 分层媒质中FDTD平面波斜入射引入方法
        5.3.1 研究背景
        5.3.2 一维麦克斯韦方程修正
        5.3.3 边界修正
        5.3.4 数值结果
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：4011674