fdtd算法的若干关键技术研究

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1、上海交通大学硕士学位论文FDTD算法的若干关键技术研究硕士研究生：蒋祺学号：1120349006导师：肖高标（教授）申请学位：工学硕士学科：电子科学与技术所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHESONSOMEKEYTECHNIQUESFORFINITEDIFFERENCETIMEDOMAINCandidate：QiJiangStudentID:1120349006Supervis

2、or：Prof.GaobiaoXiaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringElectromagneticsandMicrowaveSpeciality：TechnologySchoolofElectronicInformationandAffiliation：ElectricEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity摘要时域有限差分法的若干关键技术研究摘要时域有限差分法（FDTD）是一种基

3、于微分麦克斯韦方程的电磁场计算方法，它的广泛应用以及算法效率的提高对于目前日益复杂的电子系统的电磁环境模拟仿真有重要的意义。随着计算电磁学各种算法的日益成熟与完善，研究方向已经从对单一算法的稳定、精确度的研究逐步转变为对于多种方法结合的复合型算法的研究。时域有限差分法因其固有的实现优势而得到巨大的发展，而其计算时间和内存消耗则是一个制约其发展的问题，针对这一问题以及为了得到稳定的传输矩阵，本文研究了滤波性时域有限差分法技术的稳定性以及由此发展而来的新型亚网格技术及其稳定性分析。为了在这种成熟的算法基础上能够更有效的提取物体的散射特征，本文引入了广义传输矩阵（GTM）的概念和

4、算法，成功将广义传输矩阵应用到了基于FDTD的时域算法的研究。能够利用尽可能少的信息在建立的物体空间中提取有效的散射特征，达到提高分析效率的目的。本文提出建立基于FDTD的时域GTM，将FDTD计算的散射体的散射特征从内部等效到表面上来，只需要基于等效面的面网格划分的GTM唯一表示出散射特征。介质体外的散射场就可以直接通过GTM唯一求解。这很大程度上提高了计算效率使得计算机能够适应以往难以计算的大规模介质体电磁环境的求解问题。关键词：时域广义传输矩阵，积分方程，时域有限差分法，微分方程，惠更斯等效面，谱域滤波IABSTRACTRESEARCHESONSOMEKEYTECHN

5、IQUESFORFINITEDIFFERENCETIMEDOMAINABSTRACTThefinitedifferencetimedomainmethodhasestablisheditselfasanwidelyusedcomputationalelectromagneticstechnology,it'saneffectiveandversatilemeansforsolvingMaxwell'sequations.Asthecomplexityofmicrowavecircuitsandmultiplespacestructuresgrows,electromagne

6、ticsimulatorsarerequiredtobemoreefficient.Theresearchfieldsofthecomputationalelectromagneticshavechangedtothecompoundalgorithm.Finitedifferencetimedomainiswidelyusedforthesimplicityandabilitytohandlecomplicatedgeometrieswhichcomewiththecostofsignificantmemoryandlargeexecutiontimerequiremen

7、ts.Inresponsetothisproblemandinordertogetastablegeneraltransformmatrix(GTM),stabilityofthespatial-filteredFDTDisanalyzedandnewsubgriddingalgorithmsofFDTDareintroduced.Theconceptionandmethodofgeneraltransformmatrix(GTM)areintroducedinthispaperinordertogetthesca