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射频电磁波有限公式计算技术

作　者: 朱长江
导　师: 严登俊
学　校: 河海大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 有限公式方法元胞方法时域有限差分方法电磁场吸收边界条件连接边界条件数值计算雷达散射截面
分类号: TM15
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

复杂的高频电磁场数值计算与分析已经成为现代技术及其发展的重要课题。它们在很多领域起着非常重要的作用。因此，电磁场的数值计算技术，探索新的计算方法，是一个很有价值的课题。有限公式方法，又称元胞方法，是一种新型的电磁场数值计算方法。该方法是直接从试验事实出发，以一种有限形式表达电磁场方程，突破了近百年来微积分的思维模式，且直接计算的电磁场量都是易于直接测量的物理量。与现有的数值计算方法相比，该方法在计算精度、计算规模、计算效率等多个方面，都具有明显的优势。本文介绍了有限公式方法的基本理论及基本思想；讨论了有限公式方法在处理“开域“电磁场问题的有关技术：根据基于场变量的吸收边界条件，得出了基于全局变量的一维吸收边界条件、一阶Mur吸收边界条件和二阶Mur吸收边界条件；根据时域有限差分法连接边界条件的设置思想，得出了有限公式方法的连接边界条件；通过具体算例，证明有限公式方法是正确的，高效的，同时又具有较高精度，它提供了一个新的计算电磁场的思路；且证明了本文得到的边界条件是正确的。最后，运用有限公式法计算雷达散射截面，计算结果与时域有限差分法所得到的结果进行比较，二者比较吻合。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-17
  1.1 本课题的研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 高频电磁波数值计算方法  10-13
    1.2.2 研究成果与应用  13-15
  1.3 本论文的主要研究工作  15-17
第2章有限公式方法的基本理论  17-27
  2.1 两套空间——时间结构  17-18
  2.2 几何元素的方向  18
  2.3 物理变量的分类  18-21
    2.3.1 结构变量、源变量和能量变量  19
    2.3.2 场变量和全局变量  19
    2.3.3 六个重要的全局变量  19-21
  2.4 电动力学物理定律  21-22
  2.5 本构方程  22-23
  2.6 解的稳定性  23
  2.7 计算算法  23
  2.8 有限公式方法的特点与优点  23-26
  2.9 本章小结  26-27
第3章有限公式方法——吸收边界条件  27-47
  3.1 吸收边界条件的意义  27
  3.2 传统的的吸收边界条件  27-39
    3.2.1 Bayliss-Turkel 吸收边界条件  28-29
    3.2.2 Engquist-Majda 吸收边界条件  29-30
    3.2.3 一阶和二阶近似吸收边界条件  30-34
    3.2.4 二维 Mur吸收边界条件的FDTD形式  34-36
    3.2.5 完全匹配层 PML  36-37
    3.2.6 梅—方超吸收边界条件  37-38
    3.2.7 驻波—行波边界条件  38-39
  3.3 基于全局变量的吸收边界条件  39-46
    3.3.1 基于全局变量一维吸收边界条件及其验证  40-41
    3.3.2 基于全局变量一阶Mur吸收边界条件及其验证  41-43
    3.3.3 基于全局变量二阶Mur吸收边界条件及其验证  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章有限公式方法在电磁散射中的处理技术  47-56
  4.1 网格空间中的总场、散射场和入射场  47-50
    4.1.1 总场、散射场和入射场  47-48
    4.1.2 总场区和散射区  48-49
    4.1.3 场区划分的意义  49-50
  4.2 总场区与散射区的连接条件  50-52
    4.2.1 连接条件的必要性  50
    4.2.2 有限公式方法的连接边界条件  50-52
  4.3 算例分析  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章雷达散射截面的计算  56-63
  5.1 时谐场振幅和相位的提取  56-57
  5.2 等效原理  57-58
  5.3 二维情形时谐场的外推  58-61
  5.4 二维时谐场算例  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第6章总结与展望  63-65
  6.1 本文总结  63
  6.2 未来工作展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68

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