三维粗糙面电磁双站散射的直接型区域分解计算

提出三维粗糙面双站电磁散射的直接型有限元-区域分解方法.首先建立含有迭代Robin边界条件(IRBC)的区域分解法耦合模型,再用内视法导出高度稀疏分块的分区耦合矩阵,之后给出缩减耦合矩阵带宽的子区域排序方法和IRBC的FFT加速算法.用有限元-完全匹配层和未分区的有限元-IRBC方法验证数值结果.     

非均匀随机散射介质层的多次散射和热辐射的分层迭代解

为纳入矢量辐射传输方程的多次散射，将非均匀平行分层分布的随机散射介质划分成多个薄 层，利用各薄层的低阶Mueller矩阵解推导出整层的高阶散射迭代解.用这一方法计算了具有 占空比、粒子大小和温度廓线非均匀分布的平行分层随机密集球形粒子积雪层的极化热辐射 .数值结果与一层均匀随机散射层的离散坐标-特征值方法作了比较，讨论了多次散射和热辐 射与散射层各特征参数的关系，与积雪层微波遥感数据进行了对比. 关键词： VRT方程 平行分层 高阶散射解 迭代解     

有耗半空间上方导体目标电磁散射的多层快速多极子算法

提出基于高阶拟合的多层快速多极子算法,用于分析有耗半空间上方导体目标的电磁散射.采用高阶拟合方法将远区相互作用单元的半空间空域格林函数用级数表示,对高阶拟合项作加法定理展开,进而应用多层快速多极子算法.该方法具有分组小,内存需求低,易于实现的优点.用数值算例验证其正确性与有效性.     

基于高阶叠层矢量基函数的E-H时域有限元方法分析谐振腔和波导结构

将高阶叠层矢量基函数用于E-H时域有限元方法,电场和磁场用相同的基函数展开并同时求解,时间离散采用Crank-Nicolson差分格式使得时间步长的选取摆脱稳定性条件的限制,同时采用完美匹配层来截断计算区域.对三维谐振腔及波导结构进行数值模拟与分析,结果表明,相较于低阶基函数,高阶叠层矢量基函数可以有效提高E-H时域有限元方法的计算精度.     

有限元/边界积分方法在海面及其上方弹体目标电磁散射中的应用

本文将有限元/边界积分方法(FE/BIM)结合区域分解方法引入到粗糙海面及其上方目标 的电磁散射问题的研究中. 由于积分边界可以以任意形状设置在距模型表面任意远的距离处, 故本文采用共形人工边界结合区域分解建模方法截断模型的开放计算区域以减少求解未知量, 在截断区域内部采用有限元方法求解, 而计算区域的边界条件通过边界积分方程方法得到. 通过与矩量法获得的数值计算结果进行比较, 证明了该混合算法及模型处理方法的正确性, 进而研究了海面上方弹体目标的电磁散射特性, 并讨论了其双站散射系数随电磁波入射角度、目标高度、海面风速以及弹体尺寸的电磁散射特性变化情况. 本文结果可用于反演复杂背景下的目标信息及目标探测等领域. 关键词： 电磁散射 粗糙海面 目标 有限元/边界积分方法     

全局稳定性一致的共形卷积完全匹配层

在正交网格体系中建立物理模型共形描述的基础上,针对采用扩展元胞技术的共形时域有限差分(ECT-CFDTD)方法模拟计算波导器件遇到的开放端口截断问题,给出了积分形式的共形卷积完全匹配层方法,算法具有与ECT-CFDTD相同的数值稳定性。设置不同的完全匹配层的控制参数,对波导中有消逝波存在的情况进行长时间模拟计算,分析共形卷积完全匹配层对消逝波的长效截断能力,分析卷积完全匹配层的截断误差。计算结果显示:积分形式的共形卷积完全匹配层可有效截断波导器件的开放端口。     

全局稳定性一致的共形卷积完全匹配层

在正交网格体系中建立物理模型共形描述的基础上,针对采用扩展元胞技术的共形时域有限差分(ECT-CFDTD)方法模拟计算波导器件遇到的开放端口截断问题,给出了积分形式的共形卷积完全匹配层方法,算法具有与ECT-CFDTD相同的数值稳定性。设置不同的完全匹配层的控制参数,对波导中有消逝波存在的情况进行长时间模拟计算,分析共形卷积完全匹配层对消逝波的长效截断能力,分析卷积完全匹配层的截断误差。计算结果显示:积分形式的共形卷积完全匹配层可有效截断波导器件的开放端口。     

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.     

曲边六面体矢量单元的改进与应用

改进了曲边六面体矢量单元的矢量基函数.简要回顾了原六面体矢量单元的定义之后,介绍了新的矢量基函数的构造方法,矢量基函数间的正交性因此有所改善,并有利于处理有限元Dirichlet边界条件.结合完全匹配层,将新单元应用于三维电磁散射问题,并进行了数值计算.     

非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法

将散射介质层在z轴方向划分成薄层，用薄层的一阶散射强度、Fourier变换和迭代方法求解散射介质整层的矢量辐射传输(VRT)方程的高阶散射解.该方法将一阶散射与高阶散射迭代结合起来，计算公式简明，可计算高阶迭代解，计算时间少.计算结果与一层均匀散射介质的VRT方程一阶Mueller矩阵解、半空间均匀散射介质二阶Mueller矩阵解、以及离散坐标-特征值特征矢量法的VRT热辐射的数值解作了全面的比较.提出并讨论了非均匀散射层主动与被动VRT方程的高阶解.本计算程序可以通用于非球形粒子多层结构及非均匀介质的散射和热辐射计算. 关键词： VRT方程 分层 迭代解     

高增益相对论速调管放大器自激振荡的分析与抑制

通过二维和三维粒子模拟研究了高增益相对论速调管放大器中高次模式的激励机理,两者结果的一致性排除了高次非对称模式激励的影响。由此建立了高次模式起振的理论模型,给出了高次模式的起振电流。并通过在器件内加入微波衰减材料来抑制高次模式自激振荡,模拟获得了1.95GW的微波输出,增益62.8dB。     

高增益相对论速调管放大器自激振荡的分析与抑制

通过二维和三维粒子模拟研究了高增益相对论速调管放大器中高次模式的激励机理,两者结果的一致性排除了高次非对称模式激励的影响。由此建立了高次模式起振的理论模型,给出了高次模式的起振电流。并通过在器件内加入微波衰减材料来抑制高次模式自激振荡,模拟获得了1.95 GW的微波输出,增益62.8 dB。     

三阶矢量有限元方法精确计算轴对称谐振腔高阶模

为了进一步提高数值求解谐振腔高阶模的精度，本文提出了三阶矢量有限元方法，并针对二阶矢量有限元轴对称谐振腔高阶模计算程序Cafe对曲线边界的计算能力较差和计算速度较慢的缺点做了改进. 在这些改进的基础上编制了三阶矢量有限元轴对称谐振腔高阶模计算程序meshmatrix3，得到了很好的结果.     

Adaptive mesh refinement based on high order finite difference WENO scheme for multi-scale simulations

In this paper, we propose a finite difference AMR-WENO method for hyperbolic conservation laws. The proposed method combines the adaptive mesh refinement (AMR) framework  and  with the high order finite difference weighted essentially non-oscillatory (WENO) method in space and the total variation diminishing (TVD) Runge–Kutta (RK) method in time (WENO-RK)  and  by a high order coupling. Our goal is to realize mesh adaptivity in the AMR framework, while maintaining very high (higher than second) order accuracy of the WENO-RK method in the finite difference setting. The high order coupling of AMR and WENO-RK is accomplished by high order prolongation in both space (WENO interpolation) and time (Hermite interpolation) from coarse to fine grid solutions, and at ghost points. The resulting AMR-WENO method is accurate, robust and efficient, due to the mesh adaptivity and very high order spatial and temporal accuracy. We have experimented with both the third and the fifth order AMR-WENO schemes. We demonstrate the accuracy of the proposed scheme using smooth test problems, and their quality and efficiency using several 1D and 2D nonlinear hyperbolic problems with very challenging initial conditions. The AMR solutions are observed to perform as well as, and in some cases even better than, the corresponding uniform fine grid solutions. We conclude that there is significant improvement of the fifth order AMR-WENO over the third order one, not only in accuracy for smooth problems, but also in its ability in resolving complicated solution structures, due to the very low numerical diffusion of high order schemes. In our work, we found that it is difficult to design a robust AMR-WENO scheme that is both conservative and high order (higher than second order), due to the mass inconsistency of coarse and fine grid solutions at the initial stage in a finite difference scheme. Resolving these issues as well as conducting comprehensive evaluation of computational efficiency constitute our future work.     

kW级功率驱动的锁相高功率微波发生器

针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波,增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明：注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW),输出功率达到1.8 GW,增益为52.6 dB,90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。     

用于高阶偏振模色散补偿的高效动态补偿器

基于基本偏振态模型,采用三双折射元补偿结构,提出一种用于补偿高速率光纤通信系统中的偏振模色散的可行方案.此方案在一阶偏振模色散补偿的基础上,仅增加了对两个参量的控制,即可对高阶偏振模色散进行补偿,并且高阶补偿过程的参量控制完全独立于一阶补偿过程,极大的提高了偏振模色散的动态补偿效率.数值模拟结果表明,此方案的补偿效果也是显著的.     

束团磁压缩的高阶限制

研究了束团压缩中的高阶效应, 结果表明存在高阶项的压缩限制, 压缩后束团的长度比线性理论值长, 初始为均匀分布的束团较高斯分布更易压缩, 在相同的加速段与磁压缩器条件下, 其所获得的束团长度较短, 最后作了数值计算, 结果与理论相符.     

高次非球面的工艺技术研究

 高次非球面在光学系统应用中意义重大,但是一直以来缺乏一套快速、有效的工艺方法。利用VC6.0编制了一款面型计算软件以辅助加工,并提出了一种新的高次非球面补偿检验方法。针对一块巡天光谱仪中口径Φ244 mm的一面平面另一面为高次非球面的改正镜开展工艺方法的设计与研究,从铣磨成形开始,根据高次非球面的特点提出了几种新型磨削工艺,建立相应的数学模型。由于高次非球面的特殊性,试验了数控铣磨直接成型法,很大程度上降低后继工艺难度,在细磨和抛光阶段采用数控小工具和整工具研磨相结合,能够很好地克服面型不平滑等技术难题。总结出了一套高效率、低成本、高精度的高次非球面工艺方法。     

各向异性作用下合金定向凝固界面稳定性的渐近分析

采用渐近分析方法对考虑了界面能各向异性的单相二元合金平界面定向凝固过程进行了线性稳定性分析，得到了特定条件下的零级、一级渐近解，并通过对长波段渐近解的讨论得出了适用于整个波段的色散关系.分析表明零级渐近解等效于成分过冷理论，而一级渐近解则与M-S稳定性理论一致.在稳定状态控制参数(抽拉速度和温度梯度)的选择图中，界面能各向异性增大了不稳定区域，且在高速和高温度梯度时的影响更强.