計(jì)算電磁學(xué)方法近年來(lái)在電磁領(lǐng)域得到充分的重視,而時(shí)域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain Method,FDTD）,作為一種高效,精準(zhǔn)的數(shù)值方法,在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在高頻高速的現(xiàn)代化電磁環(huán)境下,利用FDTD方法可以快速計(jì)算模擬寬頻帶響應(yīng)的電磁特性。但是在實(shí)際應(yīng)用中,由于傳統(tǒng)顯式時(shí)域有限差分格式存在穩(wěn)定性條件,時(shí)間步長(zhǎng)的選取將受到空間網(wǎng)格大小的限制,這使得在計(jì)算高頻、微波、細(xì)小結(jié)構(gòu)等問(wèn)題上將需要大量的迭代次數(shù)和計(jì)算資源,增加了計(jì)算時(shí)間。本論文針對(duì)這一問(wèn)題,使用具有較高穩(wěn)定性隱式差分算法,研究了橫電磁波傳輸線和橫電、橫磁模式波導(dǎo)的傳輸特性。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.討論了時(shí)域有限差分法的基本原理,并分析了網(wǎng)格劃分方法、共形技術(shù)和具體計(jì)算流程;推導(dǎo)了FDTD方法的穩(wěn)定性條件,證明分析了顯式差分格式和隱式差分格式在穩(wěn)定性上存在的差異。2.針對(duì)高頻情況下,傳統(tǒng)電路分析原理將不再適用的情況,引入傳輸線方程對(duì)橫電磁波模式的傳輸線模型進(jìn)行分析;給出了FDTD對(duì)傳輸線方程差分近似的方法和阻抗匹配邊界條件的迭代方程。為了解決顯式差分存在的穩(wěn)定性限制,提出一種傳輸線方程隱式... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

矩形波導(dǎo)模型及計(jì)算空間

5.2 矩形波導(dǎo)橫磁(TM)波橫向分布仿真算例由第四章節(jié)介紹的波導(dǎo)理論可以知道，波導(dǎo)系統(tǒng)在橫向場(chǎng)中形成駐波，存在截止特性，可以由橫向場(chǎng)分析得出。當(dāng)縱向的傳播系數(shù) β = 0，各分量的場(chǎng)只剩下橫向場(chǎng)的三個(gè)分量，可以近似認(rèn)為成波導(dǎo)在縱向上沒(méi)有傳播，僅僅研究橫向場(chǎng)，方便于研究截止特性，只有三個(gè)場(chǎng)量也方便二維 FDTD 算法的實(shí)現(xiàn)。5.2.1 矩形波導(dǎo)模型為了探究矩形波導(dǎo)的截止特性，設(shè)計(jì)一個(gè)矩形波導(dǎo)系統(tǒng)，包括內(nèi)壁長(zhǎng)、寬，壁厚，腔體內(nèi)材料，波導(dǎo)壁材料。令內(nèi)壁長(zhǎng)邊 a = 30mm，短邊 b = 20mm，壁厚 5mm。腔體內(nèi)為真空介質(zhì)，波導(dǎo)壁為完美電導(dǎo)體(PEC)材料。計(jì)算目標(biāo)物體與計(jì)算空間邊界為 10 個(gè)網(wǎng)格大小。由于完美波導(dǎo)的設(shè)定為不泄露電磁波，故在波導(dǎo)壁之外并不存在電磁輻射，也不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)影響，故計(jì)算空間外部均設(shè)置為 PEC 邊界條件，即給定常數(shù)為 0 的狄利克雷邊界條件。圖 5.13 與圖 5.14 為矩形波導(dǎo)的仿真目標(biāo)模型和計(jì)算空間。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3286070