电波反射和折射的动态呈现及在CAE中的应用

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1、电波反射和折射的动态呈现及在CAE中的应用陈田国李平辉(解放军理工大学通信工程学院，江苏南京，210007)(gtchen@tom.com)、摘要基于时域有限差分法的总场边界条件，能够准确的引入平面波.然而，当需要引入无界平面波时，它的实现难度太离。文中介绍一种新的方一广义总场边界条件•该方法不需要增大网格空间，有效的节约了资源•在matlab环境下，对该算法的正确性和性能进行了仿真，并应用于计算辅助教学中.关键诃时域有限差分法；总场边界条件；广义总场边界条件；计算辅助教学’Thedynamicvisualizationreflectionandrefractionofelectricwa

2、veandifsapplicationintheCAECienTian-guo,LiPing-hui(InstitueofcommunicationsEngineering^PLAUniv.ofSci.&Tech^IanjingChina^l007)Abstract:lotal-Field/Scattered-Fieldmethod,basedonFiniteDifferenceTimeDomainalgorithm,canintroducetheplanewaveexactly.However,thisalgorithmistoodifficulttorealizewhenthereis

3、aneedtointroducetheinfinityplanewave.Thispaperintroducesanewmethod_Generalizedlotal-Field/Scattered-Fieldmethod.Thisalgorithmdoesn'tneedtoincreasethegridspace,savingresourceeffectively.Finally,asimulationinmatlabwascarriedouttofurthertesttheaccuracyandperformanceofthealgorithm,andapplicationintheC

4、AE.KeyWords:FiniteDifferenceTimeDomainalgorithm;Total-Field/Scattered-Fieldmethod;GeneralizedTotal-Field/Scattered-Fieldmethod;CAE1.引言利用MaxweU微分方程进行中心差分离散的时域有限差分法(FDTD)处理各种电磁问题已得到了广泛的应用叫基于FD1D的总场边界条件(TF/SF)⑵，能够准确的引入平面波。然而，当需要引入无界平面波时，TF/SF需要无限增大空间网格，这就限制了该方法在无界空间电磁问题的应用。Taflove提出了广义总场边界条件(G.TF/SF)

5、⑶，有效的模拟了无界平面波。G_TF/SF方法和TF/SF一样，在连接边界处加上或扣除入射波值，不同之处在于：GJIHSF把部分连接边界埋在PML闸层中，对埋在PML层连接边界入射波值进行加权处理。所以，G.1P/SF方法保持了TF/SF的优点外，并能够解决无界空间电磁问题。电磁场是不可见的矢量场，许多学生对抽象的知识很难理解，对场的概念和波的传播很难掌握。CAE很好的解决了这些问题⑸。随着多媒体技术在教学中的广泛应用，为了更形象的呈现波在两种介质分界面的传播，本文利用FDTO及G.TF/SF方法动态呈现无界平面波在两种介质分界面的反射和折射现象。2・广义总场边界条件用总场边界只能引入有限

6、平面波。Taflove提出了广义总场边界条件，有效的模拟了无界平面波。G.TF/SF方法和TF/SF方法一样，在连接边界处加上或扣除入射波值，不同之处在于：G_TF/SF把部分连接边界埋在PML层中（图1所示）,对埋在PML层连接边界入射波值需进行加权处理。总场区域I尢侧熄界广文总场边界广义总场边界结构示意图2.1GJTF/SF边界入射场值的提取设：际=X°A咖（髓尼,£丿（1）屮表示PML层入射的电场或磁场,X。表示相应自由空间入射的电场或磁场,俎（髓,存,©）为PML层中观察点的衰减值，氐为平面波的入射角，为沿x、y方向的磁或电损耗。在二维FDTD栅格中，前侧和后侧PML层非拐角处的盘

7、为0,左侧和右侧PML层非拐角区域的©为0,拐角区域盘，©都不为0；那么4＞他（臨，負，匕）可以表示为：ApML（"inc'免点）i（外他（氐瓷,0））左侧/右侧PML层非拐角区域（Apml©c，0&））前侧/后侧PML层非拐角区域（2）小“PML层拐角区域对于给定的FDTD栅格和任意入射角（氐＜90°）,我们采用PML层衰减值的初步标定来获得2.2PML层衰减值的初始标定为了获得任一角度（氐＜90。）和所有PML层深度