表面阻抗边界条件在时域有限差分算法中的实现

发布时间：2024-11-02 09:40

　　计算电磁学中的时域有限差分(FDTD)方法可以计算任意时刻和空间位置的电磁场分量,为复杂目标的电磁分析提供了有效的解决方法。但是,当我们利用传统的FDTD方法分析薄涂层涂覆目标的电磁特性时,需要对薄涂层进行细密的网格剖分,从而导致计算时间和占用内存都急剧增加。因此,引入表面阻抗边界条件(SIBC)是非常必要的,我们用涂层表面的切向场分量来模拟其内部的场分布,这样可以避免对薄涂层的细网格划分,只需在其外部进行传统的粗网格剖分即可,这将大大节省计算时间并减少占用内存。首先,本文基于一阶表面阻抗边界条件,以损耗媒质半空间的电磁问题为切入点研究了平面导体结构和一般光滑曲面导体结构的共形表面阻抗模型,并将其应用于电磁散射的计算。随后,本文研究了平面波垂直入射及斜入射有耗介质薄涂层涂覆导体目标的SIBC-FDTD方法,对表面阻抗公式中的正切函数进行简单的有理近似,利用拉式变换对表面阻抗进行频域到时域的转换,详细推导了其实现过程,并数值验证了该方法的正确性,与传统FDTD方法相比,有效提髙了计算效率。然后,以Lorentz色散模型为例,研究了平面波垂直入射色散媒质涂覆导体目标的SIBC-FDTD方法,...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.7电导率分别为1,10,100,1000时方柱的RCS2.3.3频率色散SIBC如果是在宽频带内研究目标的电磁特性，例如瞬态场的问题，这时就必须考虑介质的色散特性，其表面阻抗对频率的依赖性。这时要从方程(2-3-1)出发，其中包含了全部的频域

图2.80Zm的准确值与N10时的Prony近似值将(2-3-27)式代入(2-3-25)式可以得到：112210112210nnnyyxtHkHkEkzZZ....

（a）幅值（b）相位图3.2不同电导率介质的反射系数SIBC近似解与严格解比较至此，我们可以放心地进行后续推导，对(3-2-3)式和(3-2-5)式利用拉式变换关系1/atsae可以得到：

图3.4激励源处六个场分量的波形图3.4显示了在激励源处用两种方法数值模拟的电磁场分量值，从图中可以看出，两种方法的计算结果基本吻合，磁场zH分量出现了小的波动，但由于其幅值的数量级910非常小，这些误差是可以忽略的。

本文编号：4009394