计算电磁学结课论文

《计算电磁学结课论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、《计算电磁学》学习心得姓名：桑dog学号：_班级：-联系方式：刖s计算电磁学是科技的重要领域它的研究涉及到应用计算机求解电磁方程它的重要性基于麦克斯韦方程——唯一的可以描述小到亚原子大到天体尺度的所有物理现象的方程，。而麦克斯韦方程式对于结果拥冇很强的预测能力：对于一个复杂问题的麦克斯韦方程的解通常可以准确的预知实验结果。因此，麦克斯韦方程的解对于提高我们对复杂系统z物理现象的洞察力和设计复朵系统的能力均有极大帮助所以，成功求解麦克斯韦方程式拥有广泛的应用前景：例如纳米技术，电脑微电子电路，电脑芯片设计，光学，纳米光学，微波工程，遥感，射电天文学，生物医

2、学工程，逆散射和成象等等。这篇文章的安排如下：第一章介绍了计算电磁学的重要意义以及发展状况。第二章介绍了计算电磁学中解决问题的方法分类。第三章对主要的数值方法进行了简介。第四章展望了计算电磁学的发展趋势。第1章计算电磁学的重要性在现代科学研究小，“科学试验，理论分析，高性能计算”已经成为三种重要的研究手段⑴。在电磁学领域屮，经典电磁理论只能在11种可分离变最坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式，最后得到解析解。解析解的优点在于：•可将解答表示为己知函数的显式，从而可计算出精确的数值结果；•可以作为近似解和数值解的检验标准；•在解析过程小和在解的显式屮

3、可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值结果所起的作用。这种方法可以得到问题的准确解，而只效率也比较高，但是适川范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题⑵。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时，则需要比佼复杂的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电了计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起來，并在实际工程问题中得到了广泛地应用，形成了计算电磁学研究领域，已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之，计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起來的，建立在电磁场理论棊础上，以高性能计算机技术为工具,运用计算数学方法，专门解决复

4、杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言，应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。原则上來讲，从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近儿年來,电磁场工程在以电磁能最或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域小显示了重要作用。⑶第2章计算电磁学的分类2.1时域方法与谱域方法电磁学的数值计算方法iij以分为时域方法(TimeDomain或TD)和频域方法(FrequencyDomain或FD)两大类。时域方法对Maxwell方程按时间步进后求解有关场量。最箸名的时域方法是时域有限秀分法(

5、FiniteDifferenceTimeDomain或FDTD)。这种方法通常适用于求解在外界激励下场的瞬态变化过程。若使用脉冲激励源，一次求解可以得到一个很宽频带范围内的响应。时域方法具有可靠的精度，更快的计算速度，并能够真实地反应电磁现彖的本质，特别是在诸如短脉冲雷达目标识别、时域测暈、宽带无线电通讯等研究领域更是具有不可估量的作用。频域方法是基于时谐微分、积分方程，通过对N个均匀频率采样值的傅立叶逆变换得到所需的脉冲响应，即研究时谐(TimeHamionic)激励条件下经过无限长时间后的稳态场分布的情况，使用这种方法，每次计算只能求得一个频率点上的

6、响应。过去这种方法被大量使用,多半是因为信号、雳达一般工作在窄带。当要获取复朵结构时域超宽带响应时，如來采用频域方法，则需要在很大带宽内的不同频率点上的进行多次计算，然后利用傅立叶变换來获得时域响应数据，计算量较大；如果直接采用时域方法，则可以一次性获得时域超宽带响应数据，人人提高计算效率。特别是时域方法还能直接处理非线性媒质和时变媒质问题，具冇很大的优越性。时域方法使电磁场的理论与计算从处理稳态问题发展到能够处理瞬态问题，使人们处理电磁现彖的范围得到了极大的扩展。频域方法可以分成基于射线的方法(Ray-based)和基于电流的方法(Current-ba

7、sed)。前者包括几何光学法(GO)、几何绕射理论(GTD)和一致性绕射理论(UTD)等等。后者主要包括矩量法(MoM)和物理光学法(PO)等等。基于射线的方法通常用光的传播方式來近似电磁波的行为，考虑射向平而后的反射、经过边缘、尖劈和曲面后的绕射°当然这些方法都是高频近似方法，主要适用于那些目标表面光滑，其细节对于工作频率而言可以忽略的悄况。同时，它们对于近场的模拟也不够精确。另一方面，基于电流的方法一般通过求解目标在外界激励下的感应电流进而再求解感应电流产生的散射场，而真实的场为激励场与散射场之和。基于电流的方法中最著名的是矩量法。矩量法严格建立在积

8、分方程棊础上，在数字上是精确的。其实，我们并不能判断它是一种低频方法或者是高频方