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1、第25卷第7期计算机仿真2008年7月文章编号:1006-9348(2008)07-0113-04FDTD方法吸收边界条件的研究及应用施亚妮,李丽娟(湖南大学计算机与通信学院,湖南长沙410082)摘要:用时域有限差分法(FDTD)求解电磁散射问题中,吸收边界条件的设置起着关键性作用。通过时间和空间上的递推算法对时域有限差分法中的两种吸收边界条件:Mur吸收边界条件和完全匹配层(PML)的吸收效果进行了比较和分析。同时,引入参数对PML的差分方程进行了优化,避免了将电磁场分裂为两个分量进行计算,进而降低了计算内存开销。实验结果证明PM
2、L具有更优越的吸收性能。最后,在FDTD算法中应用PML吸收层对一圆柱形导体的雷达散射截面积(RCS)进行数值仿真,验证了FDTD算法在计算雷达散射截面积(RCS)上的有效性。关键词:时域有限差分法;吸收边界条件;雷达散射截面积中图分类号:TP39文献标识码:AResearchonAbsorbingBoundaryConditioninFDTDMethodandItsApplicationSHIYa-n,iLILi-juan(SchoolofComputerandCommunication,HunanUniversity,ChangshaHunan
3、410082,China)ABSTRACT:TheabsorbingboundaryconditionplaysanimportantroleinFinite-DifferenceTime-Domain(FDTD)methodtosolvetheproblemofelectromagneticscattering.ThetwoabsorbingboundaryconditionsinFDTDmethod:MurandPerfectlyMatchedLayer(PML),andtheirperformancesarecomparedandanalyzed
4、byusingtherecursionalgorithmsintimedomainandspatialdomain.Inaddition,byintroducingparameters,thePMLdifferenceequationsareoptimizedtoavoidcalculatingbyindividingtheelectromagneticfield,theapparentadvantageisreducingthecomputingcosts.TheexperimentdemonstratesthatthePMLhasbettera
5、bsorbingperformance.Finally,theradarcrosssection(RCS)ofacylinderconductorissimulatedbyFDTDmethodwithPMLabsorbingboundarycondition.TheexperimentalresultsshowthatFDTDmethodiseffectiveinthecalculationofRCS.KEYWORDS:Finite-dfferencetime-domain(FDTD);Absorbingboundarycondition;Radarc
6、rosssection1引言(PML),对它们各自的吸收性能进行了比较,并进行了数值时域有限差分法(FDTD)做为研究电磁场传播的一种有实验,在PML的实现中引入电通量密度参数简化了FDTD差效工具,在微波电路的时域分析、天线辐射特性、电磁场散射分格式,避免了将电磁场分裂为两个分量进行计算,同时减等领域有着日益广泛的应用。其中,FDTD方法的一个重要小了计算内存开销,实验结果证明PML吸收边界条件具有应用是由近场散射数据外推远区场,计算目标的雷达散射截更优越的吸收性能。采用PML吸收边界条件的FDTD算法面(RCS)。FDTD算法直接由麦克斯韦方程得
7、到中心差分方计算一个介质圆柱在TM波照射下的RCS,计算机仿真结果程,通过选取适当的空间和时间步长,以及一定的吸收边界证实了用FDTD算法计算物体RCS的有效性。条件来模拟电磁场在无限空间的传播。因此吸收边界条件是FDTD法中非常关键的环节,吸收边界条件的效果直接关2基本原理系到FDTD计算的正确性和精确度,是影响FDTD计算品质用FDTD分析电磁散射、辐射等开发或者半开放性质问的决定因素。题时,受计算机内存容量限制,不可能直接对无限的空间进本文介绍两种目前应用较为广泛的吸收边界条件:Mur行计算,因此必须在截断处设置适当的吸收边界条件,以便[1,2
8、][3]提出的二阶近似的吸收边界条件和完全匹配层用有限网格空间模拟开发无限空间。所谓的吸收边界
