双层金属腔体HEMP平面波孔缝耦合特性分析

高空核爆电磁脉冲（HEMP）对电子/电气设备构成严重威胁,是电磁兼容与电子/电气设备安全领域的重要研究内容。基于时域有限差分法（FDTD）的总场-散射场体系建立仿真空间,推导了连接边界的一维平面波引入方法,选择双层金属腔体为研究对象,仿真分析了腔体在HEMP平面波作用下透过孔缝在各采样点的响应过程。仿真结果显示,各采样点都出现了明显的振荡波形,其中外金属腔体孔缝中心比内金属腔体内部中心点耦合电场的峰值大;相同面积下,正方形孔、矩形孔的耦合电场比圆孔的耦合电场小;内部腔体与外部腔体在孔缝一侧距离的大小也会对耦合结果产生影响,间距越大,内部耦合电场的衰减越多。所得结论有利于指导双层金属腔体的电磁防护设计。     

电磁脉冲对带孔缝腔体的耦合特性

利用时域有限差分方法(FDTD)研究了电磁脉冲对带孔缝导体腔的耦合特性。为减少存储空间而采用非均匀网格法,分别对腔体上开有不同形状(正方形、长方形)和不同数目孔缝时的耦合效应进行分析。结果表明,在孔洞面积相同的情况下,电磁脉冲对正方形孔洞的耦合能量较小;而对长方形,当脉冲的极化方向与孔洞短边平行时,耦合能量最大;此外,把单个孔洞分成总面积不变的多孔洞后,耦合能量减小;同时,在保持通风面积不变的情况下,将原本开在一层屏蔽板上的孔缝交错地开在两层板上,能够明显改善屏蔽效果。     

介质杆天线的时域特性分析

超宽带技术在通信、雷达等众多领域获得广泛应用，时域天线是其关键技术。对介质杆天线用作时域天线的可行性进行了分析，并给出选择介质杆参数的依据。同时还使用FD-TD(时域有限差分法)数值计算方法分析了在超宽带情况下介质杆的直径、激励方式及终端渐变方式对天线的传播特性及辐射特性的影响。分析表明这种天线适宜用作时域天线。     

快上升前沿电磁脉冲的孔缝耦合效应数值研究

本文利用时域有限差分（ＦＤ－ＴＤ）法研究快上升前沿电磁脉冲（ＦＲＥＭＰ）对目标腔体的孔缝耦合效应。并将计算结果与核电磁脉冲（ＮＥＭＰ）的耦合结果进行比对。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,ＦＲＥＭＰ相对于ＮＥＭＰ更容易耦合进入目标腔体,且更容易引起孔腔谐振。     

圆形金属波导传输特性的2-D频域有限差分法分析

时域有限差分(FDTD)法和频域有限差分(FDFD)法用于处理传输系统的本征值问题非常有效。本文首先基于二维频域有限差分(2 -DFDFD)法,导出圆柱坐标系中2- DFDFD的一般分析公式,并提供了圆波导中不规则划分网格的相应场量表达式;然后将导出的2- DFDFD分析公式应用于圆波导的传播特性的分析。数值计算结果和理论结果吻合很好,从而证明本文分析思路的正确性。同时,所编制的2- DFDFD程序具有通用性,只要调整边界条件的设置同样适于分析其他柱形金属波导结构。     

带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构,由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明:该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰,并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响,为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。     

电磁脉冲对目标腔体的孔缝耦合效应数值研究

利用时域有限差分（ＦＤ－ＴＤ）方法研究了超宽带电磁脉冲（ＵＷＢ）,快上升前沿电磁脉冲（ＦＲＥＭＰ）,核电磁脉冲（ＮＥＭＰ）对目标腔体的孔缝耦合效应。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,ＦＲＥＭＰ和ＵＷＢ相对于ＮＥＭＰ更容易通过腔体上的孔缝耦合进入目标腔体,而且更容易引起孔腔共振。     

矩形介质天线的时域分析

用经典的EDC近似方法分析矩形介质波导的传输特性，由边界条件导出传输常数满足的特征方程，应用代数学中经典的对分法进行求解，从而获得矩形介质杆中波传播的相速度和内外能量分布与介质杆的相对尺寸之间的关系曲线，据此分析矩形介质杆用作时域天线的可行性，并给出介质杆参数选择的依据。还使用FD—TD(时域有限差分法)模拟计算矩形介质杆天线对高斯脉冲的辐射，分析介质杆的横向尺寸、长度及终端渐变方式对天线辐射特性的影响，多次模拟比较，从而确定介质杆天线的材料和尺寸参数。结果表明这种天线适合用作时域天线。     

介质色散特性的ⅡR数字滤波器模拟及其在FDTD上的应用

在用时域有限差分法（FDTD）分析色散媒质电磁问题过程中,采用无限冲激响应滤波器模拟媒质的色散特性,讨论了包括冲激响应不变法和双线性变换法等滤波器设计方法在这一新领域中的应用。改进的FDTD法利用成熟的数字信号处理技术分析处理了色散媒质瞬变电磁场问题,为数字信号处理技术在时域电磁场分析领域的应用提供了新的思路。为验证此方法的有效性和可靠性,分别用滤波器系统模拟了不同色散媒质。并在此基础上用FDTD对色散媒质电磁问题进行了分析计算,同时验证了结果。     

双极化口径耦合微带天线FDTD分析

本文应用时域有限差分法（FDTD）分析了双极化口径耦合多层微带贴片天线。文中结果表明,FDTD在分析多层复杂结构的微带天线时是非常有效的。采用Gauss脉冲激励,通过FFT,一次计算就可得到天线谐振频率、耦合、频带宽度、增益等参数的宽频带特性。计算结果对天线的优化设计具有一定的指导作用。     

Coplanar waveguide-fed slot antennas on cylindrical substrates

This paper describes cylindrical coplanar waveguide (CCPW)-fed slot and folded slot antennas encompassing cylindrical substrates. Using a 1.27 cm diameter Teflon substrate, antennas that operate around 7 GHz have been realized with gains of 1.5 dB (slot) and 2.8 dB (folded slot). The antennas have a well-defined pattern null of 8 dB along the side of the CCPW feedline. A 1.6 GHz slot antenna on a 1.27 cm diameter alumina substrate was also fabricated using a novel direct-write technique, and shown to have comparable performance characteristics.The results include measured data and simulated data using a 3D cylindrical finite difference time domain (FDTD) code.     

太赫兹波在介质中传播的FDTD分析

时域有限差分法是电磁场领域中应用最为频繁的数值方法之一,它可以有效地处理复杂媒质中颗粒对电磁脉冲信号的散射问题,以及超宽带电磁脉冲信号在色散媒质中的传播问题。几乎所有介质,无论其在太赫兹（THz）波段是否有吸收峰,对太赫兹波的传播都有影响。研究太赫兹波在介质中的传播情况,对优化太赫兹系统,分析与设计太赫兹应用技术有重要意义。本文模拟了太赫兹波在散射介质中的传播,说明了太赫兹波在内弹道干涉测速应用中的可能性;模拟了太赫兹脉冲在色散介质中的传播情况,为太赫兹时域光谱系统中晶体选择提供依据。     

基于FDTD的表面等离子体慢光波导传输特性分析

表面等离子体可以在亚波长尺度上实现对可见光及红外光的控制处理,对光集成的发展有巨大的推动作用。设计了金属一介质一金属结构的表面等离子光波导,利用时域有限差分法（FDTD）对其色散特性、群速度、场强分布进行分析。结果表明,在一定的频率范围内,此结构的光波导可以支持慢光模式,且群速度色散较小,可有效控制光脉冲的畸变,保持信号的完整性。     

新型多芯光纤的模场特性分析

为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。     

Higher-order node-based TDFEM for transient electromagnetic analysis in rectangular waveguide

Higher-order Time Domain Finite Element Method (TDFEM) based on the nodal inter- polation is proposed for two-dimensional electromagnetic analysis. The detailed algorithms of the method are presented firstly, and then the accuracy, CPU time and memory consumption of the higher-order node-based TDFEM are investigated. The high performance of the presented approach is validated by numerical results of the transient responses of Transverse Electric (TE) field and Transverse Magnetic (TM) field in a rectangular...     

并行传输线共模泄漏的等效场-线耦合数值模型

针对并行传输线间感性和容性耦合计算问题,该文提出并行传输线等效场-线耦合亚网格时域有限差分(FDTD)数值模型,模型更适合非均匀介质等复杂情形的耦合串扰求解,且具有更为简洁的数值计算形式。利用该等效场-线耦合数值模型,对并行传输线间共模电磁信息泄漏进行模拟仿真和实验测试,时域模拟和频域实验结果均表明,该模型可以有效刻画并行传输线共模电磁信息泄漏发射特性。     

MIM型双通道光栅波导光学特性研究

文中设计了一种MIM型双通道光栅波导,光栅的单元结构为三角形,利用时域有限差分（FDTD）方法对此结构进行了仿真,研究了不同的结构参数对光增强性能的影响,分析了金属膜厚度（d）、三角形项角（θ）、光栅周期（T）与激发波长之间的关系,对研制基于SPP的新型滤波器提供了一些参考。     

复杂环境中短波天线的MoM/FDTD混合法分析

利用电磁场数值计算方法中的矩量法/时域有限差分（MoM/FDTD）混合方法,分析了复杂环境中短波天线的电磁辐射性能,建立了短波双极天线的自由空间模型。采用矩量法和时域有限差分法相结合,对其模型进行仿真计算,并将计算结果和已有的文献进行比较,验证了混合方法计算结果的可行性、准确性。总结了该模型对短波天线远区场影响的有益经验,为改善短波天线性能提供了设计参考。     

应用UPML的FDTD法计算平面微带电路

采用非分裂式理想匹配层（UPML）的时域有限差分（FDTD）法对矩形微带天线及低通滤波器等微带电路进行了分析计算,给出了时域和频域的仿真结果。与其他的理想匹配层（PML）相比,UPML利用D和H,物理概念明确,将PML区域与FDTD计算域隔离开来,并且减少了PML吸收边界计算所占用的存储量。从仿真结果看,该方法有效且极大减少了迭代次数。     

基于WinSock和多线程技术的高性能并行FDTD

并行计算为时域有限差分（FDTD）方法仿真电大尺寸和复杂结构提供了强大的计算能力和内存资源。文章针对多核PC集群系统,提出了一种高性能并行FDTD算法,它采用Windows Socket（WinSock）实现高效的进程间通信,同时采用多线程技术充分利用多核处理器资源。在集群系统上的实际测试表明：以10个处理器（30个核）为例,该算法获得的加速比为16.0,并行效率为53.3%,优于单独使用消息传递接口（MPI）以及MPI结合OpenMP的传统FDTD并行算法,后两者在相同测试条件下仅分别获得13.7,12.2的加速比和45.8%,40.7%的并行效率。