近年來(lái),現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展使得集成電路相關(guān)的元器件特征尺寸縮減到納米級(jí)別,單位體積內(nèi)物質(zhì)存儲(chǔ)和信息處理的能力達(dá)到百萬(wàn)倍的提升,極大的促進(jìn)了計(jì)算機(jī)等智能化小型化電子設(shè)備的迅速發(fā)展。然而,高集成的系統(tǒng)及其核心電磁結(jié)構(gòu)的量子效應(yīng)逐漸凸顯,基于經(jīng)典電磁理論的建模方案已經(jīng)無(wú)法滿足納米電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和仿真需求。因此,微觀量子系統(tǒng)-宏觀電磁系統(tǒng)的多物理場(chǎng)建模、仿真,已成為高頻、高速、寬帶和多功能集成電磁元器件與芯片小型化發(fā)展過(guò)程中迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題,也是納米電子與信息技術(shù)需要攻克的核心技術(shù)難題。早期的理論研究和商業(yè)軟件多是基于經(jīng)典的電磁理論來(lái)對(duì)納米電磁系統(tǒng)進(jìn)行仿真,將量子單元本身具有的有源性、非線性、量子性用經(jīng)典赫茲偶極子簡(jiǎn)單替代。目前,一些研究者們將描述微觀量子系統(tǒng)的薛定諤方程或光學(xué)布洛赫方程與描述宏觀電磁系統(tǒng)的麥克斯韋方程或位函數(shù)方程（矢量磁位和標(biāo)量電位）相耦合,研究納米電磁系統(tǒng)中存在的多物理場(chǎng)問(wèn)題。然而,這些耦合模型往往是非辛結(jié)構(gòu)的、采用偶極近似處理,數(shù)值結(jié)果無(wú)法與實(shí)際結(jié)果吻合較好。此外,一些基于位函數(shù)的電磁方程包含時(shí)間和空間的高階偏導(dǎo)數(shù),數(shù)值實(shí)現(xiàn)較為困難。除了量子-電磁系統(tǒng)的耦合建模... 

【文章來(lái)源】：安徽大學(xué)安徽省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：137 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

微觀-宏觀一體化電磁模型及應(yīng)用

第二章基本理論192.4FDTD方法的數(shù)值色散特性FDTD方法為電磁場(chǎng)的行為提供了一種解決方案，通常是電磁場(chǎng)的真實(shí)物理行為的良好近似。連續(xù)函數(shù)導(dǎo)數(shù)的有限差分逼近給精確解帶來(lái)了數(shù)值誤差。例如，即使在均勻自由空間中，F(xiàn)DTD方法所模擬的波的傳播速度也會(huì)與實(shí)際的光速有所不同。而且，它將隨頻率、空間網(wǎng)格大小和波的傳播方向的變化而變化。這種由數(shù)值近似引起的非物理的色散現(xiàn)象稱為數(shù)值色散。圖2.3歸一化的相速度在不同值下隨角度的變化下面借助公式和數(shù)值計(jì)算來(lái)分析FDTD方法的數(shù)值色散特性隨傳播方向的變化情況，令增長(zhǎng)因子=jte,其中，表示角頻率。將其代入公式(2.37)得：22222sinzyxrrrt++=(2.44)其中，),,(2sin2zyxpppktcrpp==。式(2.44)描述了三維FDTD方法的數(shù)值色散特性，可以發(fā)現(xiàn)FDTD方法所模擬的波的傳播速度與傳播方向有關(guān)，這是由差分近似所導(dǎo)致的各向異性特性。下面通過(guò)數(shù)值計(jì)算來(lái)進(jìn)行描述，設(shè)波矢量k=k(sinθcosφ,sinθsinφ,cosθ)即：

安徽大學(xué)博士學(xué)位論文37圖3.1采用解析法、FDTD-RI方法、FDTD-ADE方法計(jì)算所得雙層皮膚的透射系數(shù)圖3.2具有多層人體組織的三維模型臺(tái)式電腦上運(yùn)行完成)。算例一、首先，考慮了一個(gè)一維情況，入射波為具有z方向極化、只包含Ez和Hy場(chǎng)分量的平面波源。網(wǎng)格大小=0.1mm，時(shí)間步長(zhǎng)為t=/c。分別采用FDTD-RI和FDTD-ADE方法計(jì)算插入自由空間的雙層皮膚的透射系數(shù)，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與解析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如圖3.1所示，兩種數(shù)值算法計(jì)算結(jié)果相同并與解析解一致，驗(yàn)證了本文所提的RI方法處理Debye型色散媒質(zhì)的正確性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Programmable time-domain digital-coding metasurface for non-linear harmonic manipulation and new wireless communication systems[J]. Jie Zhao,Xi Yang,Jun Yan Dai,Qiang Cheng,Xiang Li,Ning Hua Qi,Jun Chen Ke,Guo Dong Bai,Shuo Liu,Shi Jin,Andrea Alù,Tie Jun Cui.  National Science Review. 2019(02)

博士論文
[1]時(shí)域量子—電磁多物理場(chǎng)耦合算法的研究[D]. 向琛.山東大學(xué) 2019

碩士論文
[1]電磁粒子模擬軟件中粒子填充及發(fā)射模塊研究[D]. 袁海平.電子科技大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3527240