一种计算HEMP环境下电缆感应电流的混合算法北大核心CSCD

对高空核爆电磁脉冲(HEMP)环境下、地面上方电缆的感应电流进行了研究。考虑有耗地面的影响,提出了一种将时域积分方程(TDIE)和时域传输模式法结合求解有耗半空间上方电缆瞬态电流的时域方法。通过电磁波本征模的关联性得到斜入射有耗半空间平面波的时域反射系数,不需计算贝塞尔函数的无穷项和便可以得到时域反射系数的精确解。最后给出了核爆脉冲照射下地面上方电缆感应的电流的仿真结果。结果表明:对于水平放置的电缆,当反射脉冲到达电缆后,反射场总是试图抵消入射场,使得电缆上感应电流小于只考虑入射脉冲时的感应电流;电缆的耦合电流会随架设的高度发生显著变化,相对于铺地的电缆,架空的电缆有更大的感应电流。     

基于时域自适应精细算法的插值型无单元Galerkin法及其在弹性动力学中的应用

将插值型无单元Galerkin法与时域自适应精细算法相结合,提出一种求解弹性动力学问题的方法。通过时域分段展开,将时空耦合的初边值问题转换为一系列的空间边值问题,进而采用加权残值法推导递推形式的插值型无单元Galerkin法求解方程。该方法不仅能方便地直接施加本质边界条件,并且可以避免时间步长较大造成的精度损失。数值算例给出的结果验证了该方法的有效性。     

三分量磁场延拓的递推算法

提出一种三分量磁场延拓的递推算法,主要目的是解决三分量磁场的向下延拓问题.应用微分学基本原理,将具有相同水平坐标,不同垂向坐标的点上的三分量磁场,通过磁场的垂向偏导数的积分联系起来.根据磁场向量散度和旋度的性质,将磁场的垂向偏导数与水平方向的偏导数联系起来.这样,在已知一个平面上的磁场时,可以通过递推的办法逐层求取该平面以下任意平面上的三分量磁场.应用实例证明方法的快速性和准确性.     

PO-TDIE混合方法在天线电磁兼容问题中的应用

应用物理光学-时域积分方程(PO-TDIE)混合方法对电大尺寸平台天线电磁兼容问题进行分析.详细推导PO-TDIE混合方法的一般表达式,并给出计算复杂度.数值算例表明,方法提高了传统时间递推方法(MOT)的计算效率,能够有效应用于电磁兼容分析中.     

二维随机粗糙面上导体目标复合瞬态散射的混合算法

提出用时域积分方程法(TDIE)与时域基尔霍夫近似法(TDKA)的混合算法来求解二维导体随机粗糙面及其上方二维导体目标的复合瞬态散射,推导出了在TM波入射情形下显式及隐式格式的时间步进方程.将粗糙面与目标分别进行TDKA和TDIE计算,并考虑目标与粗糙面之间的耦合,对TDKA和TDIE进行混合迭代,既大大降低了粗糙面求解的复杂度,又保证了计算精度.数值算例中,考虑了角反射器(开放体)和圆柱(封闭体)两种目标,分别计算了目标表面电流响应和电场远场响应.计算结果表明,和单纯TDIE法相比,本文混合方法计算效率 关键词： 随机粗糙面 复合瞬态散射 时域积分方程法和时域基尔霍夫近似法 混合算法     

基于磁荷面分布的舰船磁场预测方法

利用等效源观点, 把钢铁建造的舰船船体视为等效磁荷面分布, 建立了该分布与磁场传感器测量值之间应满足的第一类Fredholm积分方程, 然后利用广义逆矩阵对积分方程离散化后得到的线性方程组进行求解, 并以矩阵条件数来衡量方程组的病态程度, 最后利用求解得到的磁荷分布来预测舰船在空间中任意点上产生的磁场. 数值模拟表明该方法可以准确地识别磁性从而得到精确的磁场预测值. 最后利用一个船模实验验证了本方法. 关键词： 舰船 磁场 磁荷 积分方程     

瞬变电磁场模拟中的CPML吸收边界条件

提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空间模型进行数值计算.结果表明,提出的CPML吸收边界条件在保证计算精度的前提下,实现了瞬变电磁法时域有限差分高效正演计算.     

时域混合算法在一维海面与舰船目标复合电磁散射中的应用

采用时域积分方程(TDIE)与时域基尔霍夫近似(TDKA)的混合算法研究粗糙海面与舰船目标的复合瞬态电磁散射.该方法将舰船目标及其近邻海面划分为TDIE区域,用TDIE方法精确求解;将剩余电大尺寸的粗糙海面划分为TDKA区域,采用高效的TDKA电流近似求解.通过混合算法和传统TDIE算法结果的对比,表明TDIE-TDKA混合算法能保证计算的精度,同时具有较高的计算效率.最后,讨论了海面上方有无目标、海面上方风速、电磁脉冲入射角、舰船目标尺寸、吃水深度对后向散射磁场的影响.     

时域电场积分方程在求解架空屏蔽电缆蒙皮电流中的应用

 时域电场积分方程是研究电磁辐射及散射等问题的重要方程。在数值计算中，该方程方法只需将散射体进行剖分，而不必将剖分推至整个计算域内进行，计算效率较高。将时域电场积分方程方法引入到电磁脉冲作用下架高屏蔽电缆蒙皮电流的计算中，研究了电缆的蒙皮感应电流分布及波形特征。通过与辐射波电磁脉冲模拟器的实验结果的比对，证明了数值结果的可靠性。     

磁化铁氧体电磁散射的移位算子FDTD分析

将移位算子（shift operator,SO）-时域有限差分（fintie difference time domain,FDTD）方法推广到外磁场沿任意方向时磁化铁氧体的情形.从磁化铁氧体的相对磁导系数张量和各向异性情形下Maxwell旋度方程出发,推导出外磁场沿任意方向情形下磁化铁氧体电磁散射的SO-FDTD迭代公式.应用该方法计算了磁化铁氧体层、磁化铁氧体球及含磁化铁氧体涂层的Von Karman形雷达罩电磁散射,数值计算结果表明了该算法的正确有效性. 关键词： 磁化铁氧体 FDTD 移位算子法     

Numerical Analysis of Electromagnetic Fields in Multiscale Model

Modeling technique for electromagnetic fields excited by antennas is an important topic in computational electromagnetics, which is concerned with the numerical solution of Maxwell's equations. In this paper, a novel hybrid technique that combines method of moments(MoM) with finite-difference time-domain(FDTD) method is presented to handle the problem. This approach employed Huygen's principle to realize the hybridization of the two classical numerical algorithms. For wideband electromagnetic data, the interpolation scheme is used in the MoM based on the dyadic Green's function. On the other hand, with the help of equivalence principle, the scattered electric and magnetic fields on the Huygen's surface calculated by MoM are taken as the sources for FDTD. Therefore, the electromagnetic fields in the environment can be obtained by employing finite-difference time-domain method. Finally, numerical results show the validity of the proposed technique by analyzing two canonical samples.     

Microwave-mediated magneto-optical trap for polar molecules

Realizing a molecular magneto-optical trap has been a dream for cold molecular physicists for a long time. However,due to the complex energy levels and the small effective Lande g-factor of the excited states, the traditional magneto-optical trap(MOT) scheme does not work very well for polar molecules. One way to overcome this problem is the switching MOT,which requires very fast switching of both the magnetic field and the laser polarizations. Switching laser polarizations is relatively easy, but fast switching of the magnetic field is experimentally challenging. Here we propose an alternative approach, the microwave-mediated MOT, which requires a slight change of the current experimental setup to solve the problem. We calculate the MOT force and compare it with the traditional MOT and the switching MOT scheme. The results show that we can operate a good MOT with this simple setup.     

Time-Domain Numerical Solutions of Maxwell Interface Problems with Discontinuous Electromagnetic Waves

This paper is devoted to time domain numerical solutions of two-dimensional (2D) material interface problems governed by the transverse magnetic (TM) and transverse electric (TE) Maxwell's equations with discontinuous electromagnetic solutions. Due to the discontinuity in wave solutions across the interface, the usual numerical methods will converge slowly or even fail to converge. This calls for the development of advanced interface treatments for popular Maxwell solvers. We will investigate such interface treatments by considering two typical Maxwell solvers – one based on collocation formulation and the other based on Galerkin formulation. To restore the accuracy reduction of the collocation finite-difference time-domain (FDTD) algorithm near an interface, the physical jump conditions relating discontinuous wave solutions on both sides of the interface must be rigorously enforced. For this purpose, a novel matched interface and boundary (MIB) scheme is proposed in this work, in which new jump conditions are derived so that the discontinuous and staggered features of electric and magnetic field components can be accommodated. The resulting MIB time-domain (MIBTD) scheme satisfies the jump conditions locally and suppresses the staircase approximation errors completely over the Yee lattices. In the discontinuous Galerkin time-domain (DGTD) algorithm – a popular Galerkin Maxwell solver, a proper numerical flux can be designed to accurately capture the jumps in the electromagnetic waves across the interface and automatically preserves the discontinuity in the explicit time integration. The DGTD solution to Maxwell interface problems is explored in this work, by considering a nodal based high order discontinuous Galerkin method. In benchmark TM and TE tests with analytical solutions, both MIBTD and DGTD schemes achieve the second order of accuracy in solving circular interfaces. In comparison, the numerical convergence of the MIBTD method is slightly more uniform, while the DGTD method is more flexible and robust.     

Green's function for arbitrarily shaped dielectric bodies of revolution

In this paper, a solution is developed to calculate the electric field at one point in space due to an electric dipole exciting an arbitrarily shaped dielectric body of revolution (BOR). Specifically, the electric field is determined from the solution of coupled surface integral equations (SIE) for the induced surface electric and magnetic currents on the dielectric body excited by an elementary electric current dipole source. Both the interior and exterior fields to the dielectric BOR may be accurately evaluated via this approach. For a highly lossy dielectric body, the numerical Green's function is also obtainable from an approximate integral equation (AIE) based on a surface boundary condition. If this equation is solved by the method of moments, significant numerical efficiency over SIE is realized. Numerical results obtained by both SIE and AIE approaches agree with the exact solution for the special case of a dielectric sphere. With this numerical Green's function, the complicated radiation and scattering problems in the presence of an arbitrarily shaped dielectric BOR are readily solvable by the method of moments.     

时域有限差分法在建筑声学中的应用及前景

介绍了声波方程的基本差分格式及稳定条件、数值色散、吸收边界条件等数值计算理论，例举了前人用时域有限差分法对噪声传播过程的模拟和室内声学中座椅吸声低谷效应模拟的模拟结果。本文指出，由于时域有限差分法的特点使其具有在模拟脉冲响应方而的特别优势，因而，应用这一技术研究厅堂的声学特性，尤其是低频特性，将有重要意义。     

大耦合孔同轴输出腔的3维解析分析

 在高功率微波器件中，通常采用大耦合孔的同轴微波输出腔，该腔为3维结构。采用场等效原理将腔体、耦合孔及其输出负载(行波边界)进行分区,每个区域中的场由界面上的磁流密度决定。采用格林函数积分法可得每个区域中的3维场,再由各个区域的场匹配方程求得腔体的谐振频率、特性阻抗、有载品质因数、模式分布等参数。为腔体的计算和设计提供一种计算模型。     

外加磁场微波等离子推力器内流场数值模拟

为了提高微波等离子推力器性能，改善等离子体对电磁波能量的吸收状况，提高核心区温度，提出外加磁场的方案，并对热等离子体进行了数值模拟.假设局域热平衡条件，采用Navier-Stokes，Maxwell和Saha方程，利用压力修正的半隐格式和时域有限差分求解方法，建立了径向磁镜场下推力器内等离子体流场的数值计算模型.数值模拟结果表明：外加磁场后的磁感应强度小于0.5 T时，推力器内热等离子体核心区最高温度随磁感应强度的增加而迅速提高.外加磁场后的磁感应强度大于0.5 T时，核心区最高温度随磁感应强度的增加而缓慢提高.磁感应强度为0.5 T时，热等离子体核心区最高温度与不加磁场相比提高了24%.外加磁场对等离子体流场速度分布影响不大. 关键词： 等离子体模拟 等离子体相互作用 等离子体流动     

中性原子的表面双磁光阱及其应用

提出了一种新的采用载流导线的表面双磁光阱(MOT)方案(即双U型导线磁光阱方案)。通过改变中间U型导线中的电流大小,即可将一个双磁阱连续地合并为一个单磁阱,反之亦然。详细计算和分析了上述双U型载流导线磁光阱方案的磁场及其梯度的空间分布,研究发现当导线中的电流为600 A,z方向均匀偏置磁感应强度为-4.0×10-3 T时,双U型导线方案产生的两个磁阱中心的磁场梯度约为1.5×10-3~2.5×10-3 T/cm,结合通常制备磁光阱时所用的三维粘胶(Molasses)光束即可在基底表面附近形成一双磁光阱。理论分析表明在弱光近似下,每个磁光阱中所能俘获的85Rb原子数约为106 量级,相应的磁光阱温度约为270μK。由于双磁光阱可以独立制备,所以双U型导线方案特别适用于制备双样品磁光阱,并用于研究双原子样品的冷碰撞性质。     

基于Z变换的高阶完全匹配层实现

基于拉伸坐标完全匹配层(SC-PML)公式和Z变换方法,提出以非分裂场形式来实现具有多极点的高阶完全匹配层的高效算法,来截断时域有限差分(FDTD)网格.在吸收性能方面,高阶PML同时具有传统PML和复频率偏移完全匹配层(CFS-PML)二者的优点.提供的数值算例是二维TE极化电磁波与无限长且有限宽度的理想电导体(PEC)薄片的相互作用.仿真结果显示,高阶PML公式在衰减低频行波和隐失波及减少后期反射方面效果好,比传统SC-PML和复频率偏移的卷积完全匹配层(CPML)算法有更好的吸收性能.     

用初-边值方法研究具有固定边界的等离子体Kink不稳定性

本文解出了具有固定边界的平衡等离子体磁面方程的解析解和数值解。用简化的Lax-Wendroff方法求出了压力、速度和磁场的扰动值。得到了线性增长率、平均β和平均β_p以及安全因子。我们发现:1.具有凹向电流剖面的等离子体比具有均匀电流剖面的等离子体更稳定,而具有凸向电流剖面的等离子体是最不稳定的;2.具有逆磁电流的等离子体比具有顺磁电流的等离子体更稳定。 关键词：