基于并置节点表面阻抗边界条件的改进fdtd方法研究

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1、万方数据分类号型墨2UDC鱼2l@江．薄大擎密级坌五编号』哩9980703005博士学位论文基于并置节点表面阻抗边界条件的改进FDTD方法研究指导教师工i童宝煎援一作者姓名旌亟娟申请学位级别王堂蝗±专业名称扭撼电壬王猩论文提交日期2Q!垒生!!且论文答辩日期2Q!垒生12旦学位授予单位和日期江菱太堂2Q!垒生12月答辩委员会主席评阅人胖I剜人2014年12月万方数据ClassifiedIndex：TN82UDC：621Ph．D．DissertationStudyofmodifiedFDTDmethodbasedoncollocatedsur

2、faceimpedanceboundaryconditionsByLiiuanLuanShi6。忍ZMajor：MechanicalelectronicengineeringSupervisors：Prof．JianningDingJiangsuUniversityDecember,2014万方数据独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对

3、本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：亏乞晒壶焉≯矿，缸年／}月，罗H万方数据学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编

4、入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生院办理。本学位论文属于不保密以学位论文作者签名：弓电丽硝≥口f乒年，，≥月，客日指导教师签名弘，幺年／堋／万方数据江苏大学博士学位论文摘要时域有限差分(FDTD)方法作为一种被广泛应用的数值计算方法，由于能够获得任意时刻电磁场分量在空间各个位置处的数值，而且对目标几何形状、本构参数和激励源等没有特定地限制，因而可以有效分析各种复杂介质目标的电磁波传播及散射等问题。当我们利用常规FDTD方法分析薄涂层覆盖大尺寸目标的电磁问题时，不仅目标复杂的形体结

5、构会增加计算的难度，而且薄涂层的厚度也会对数值计算产生明显的限制作用。表面阻抗边界条件(SIBC)的引入使我们可以将目标直接从计算区域中移除，从而避开研究其内部复杂的电磁问题，只需要在材料体外部进行常规的粗网格剖分，很大程度上节省了内存需求和计算时间。本文基于并置节点一阶表面阻抗边界条件，分别对有耗介质和非磁化等离子体薄涂层涂覆导体目标的时域有限差分模型展开系统深入地研究；同时对三维多粒子等离子体的电磁散射特性以及对截断三维各向异性介质的近似完全匹配层(NPML)吸收边界条件进行了相关研究。所开展的工作及取得的创新性结果如下：提出了一维情况

6、下垂直极化(TE)和平行极化O'M)电磁波斜入射有耗介质薄层涂覆导体目标的并置节点SIBCs—FDTD方法。通过利用并置节点原理，有效实现了涂覆导体界面上的切向电场分量和切向磁场分量在相同节点处的并置排列结构。数值结果表明该方法与常规的利用界面外半个网格距离处和半个时问步之差的磁场分量近似等于界面上的切向磁场分量的SIBCs—FDTD方法相比，有效提高了的稳定性和计算精度。将并置节点SIBCs—FDTD方法推广应用于非磁化等离子体涂覆三维金属立方体的模型。通过对表面阻抗公式中的正切函数进行连续有理近似，并运用拉普拉斯逆变换，将表面阻抗在频域

7、中的表达式变换到时域；利用分段线性递归卷积(PLRC)方法有效解决了公式中的卷积，然后将时域表达式进行差分离散，推导出相应的三维并置节点SIBCs．FDTD迭代公式。数值验证了一维情况下非磁化等离子体涂覆导体目标对斜入射平行极化和垂直极化电磁波的反射，对反射系数的大小和相位进行了误差分析，并验证了该算法的收敛性。最后数值模拟了非磁化等离子体涂覆金属立方体的后向雷达散射截面(RCS)。该算法有效解决了常规FDTD方法在处理等离子体这种复杂介质薄涂层时因网格剖分过细而导致计算所需内存和时间急剧增大的问题。运用电流密度拉普拉斯变换时域有限差分(C

8、DLT—FDTD)方法研究了三维多粒子等离子体的电磁散射特性。在验证算法TF确性的基础之上，初步分析了等离子体中电子、正离子、负离子三种粒子对等离子体球后向RCS的影响。万方数据