有损耗左手材料电波传播特性的FDTD分析

为研究电磁波在有损耗左手材料中的传播特性,采用时域有限差分（FDTD）法和色散媒质的Drude模型,推导出基于Drude模型的左手材料二维FDTD迭代方程。一维数值仿真结果验证了平面电磁波在穿过有耗左手材料时,其相速度大小与光速相同,方向与传播方向相反,且随着损耗因子的增大,左手材料内的电场强度幅值亦相应减小。此外,还利用多循环m-n-m脉冲作为激励源,对左手材料平板具有的完美透镜现象进行了二维数值仿真验证。结果表明,有耗平板左手材料具有明显的聚焦效果,在特定条件下能实现完美成像。     

金属透镜的色散时域有限差分法研究

为克服传统时域有限差分法(FDTD)不能计算色散材料的困难,给出了一种基于Drude模型的色散FDTD算法,并推导出具体的差分公式。将该方法用于模拟金属透镜的聚焦功能,结果与已有理论吻合。本文方法完全适用于分析电导率与频率有关的各种色散材料所构建的光波导。     

地面复杂目标宽带电磁散射特性分析

提出运用FDTD计算地面复杂目标宽带电磁散射特性的方法.首先分析地面的散射,并建立复杂目标的FDTD模型,再将地面的散射场与入射场视为两个激励场作用于目标,从而得到地面背景下目标的散射场.运用此方法计算了地面卡车的电磁散射特性,并与实测结果作了对比,两者比较吻合.     

左手材料全角度反射器的设计

利用传输矩阵理论,对左手材料(LHM)构成的一维 光子晶体(PC)反射器的反射带特性进行了分析。研究结果 表明,LHM反射器的全角度反射带(ODB)对入射角度是不敏感的,即具有全角度反射的功能。 而右手材料(RHM)反射器的 反射带对入射角度是非常敏感的,得到的是部分角度反射带。进一步分析发现,LHM PC反射 带 对周期数N不敏感,但会随着材料层厚度比k的增大,向高频方向移动,随晶 格常数h 的减小,向低频方 向移动。在此基础上,提出了设计左手材料全角度反射器的方法,并得到了3.1~ 3.9GHz频段之间、反射率高达100%的全 角度反射器。设计结果表明,本文思路可用于实现任意波段全角度反射器的设计。     

二维金属型光子晶体的有限差分法分析

运用空域有限差分法对二维金属型光子晶体的带隙特性进行了分析,介绍了在周期边界以及金属柱面边界条件下,光子晶体单元内差分矩阵方程的建立过程,通过对所得差分矩阵行列式等于零的特征方程的求解,得出不同周期边界条件下相应的本征频点,从而求得光子晶体的能带结构图。对不同结构的二维金属型光予晶体进行了计算,计算结果经时域有限差分法（FDTD）给出了有效验证。     

浅层地下目标时域电磁散射问题的数值模拟

本文用时域有限差分法计算了浅层地下目标的时域电磁散射。     

时域有限差分法分析混晌室中场的均匀性

针对目前仿真分析混响室内的场分布过程中计算量大、耗费时间长和对计算机配置要求高的现状,用在一定的约束条件下随机分布于球面上的一组等效源辐射的平面电磁波叠加而成的一维推进的重叠平面渡模拟搅拌器搅拌过程中混响室内的电磁波,并采用时域有限差分法(FDTD)法对基于上述模型的混响室内的场分布进行了仿真计算,得出了使混响室内场分...     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

基于时域有限差分法的电缆系统电磁瞬态分析

深入研究电缆系统的电磁瞬态过程对于合理解决高压电缆系统的过电压防护、绝缘配合和电磁干扰等工程问题具有极为重要的实际意义.传统的计算方法如电力系统电磁瞬态计算程序EMTP软件需同时考虑电缆分布参数和相模变换矩阵的频变特性,过程较为繁琐.基于时域有限差分算法,提出了一种新的电力电缆电磁瞬态分析的计算模型.该模型仅需在相域考虑电缆阻抗参数的频变特性,既保证了计算精度,又简化了计算过程.通过与其它电缆计算模型相比较,验证了算法的正确性.最后,将所提算法扩展应用于同轴电缆系统的瞬态分析,计算结果与实验结果相当吻合.     

基于神经网络的导体柱单站微波成像

提出基于神经网络对导体柱目标实现单站微波成像的方法。通过时域有限差分方法获得横磁波(TM)模式下一系列不同形状导体柱目标的散射场,组成神经网络训练样本。再通过组合运用整数微分进化策略和误差反向传播(BP)算法形成混合自学习策略,克服传统BP神经网络收敛速度慢等不足,提高系统自学习能力。最终基于所得神经网络获得二维导体柱微波成像结果。     

孔径型超分辨近场结构光盘的电磁场分析

采用三维时域有限差分（3D-FDTD）方法建立了孔径（TA）型超分辨近场结构（super-RENS）光盘的电磁场计算模型。计算中,用矢量基模高斯光束模型作为聚焦光束的近似,用Lorentz模型描述掩膜介质Sb和反射层介质A1在光频段的色散特性。对写入和读出过程中的电场分布进行了理论分析,并与普通CD-R／W光盘进行了比较。理论计算结果很好地说明了TA型super-RENS光盘写入和读出时的电场分布特性,从本质上解释了超分辨率读写的机制,得到了和实验一致的结果。     

介质损耗对左手媒质周期结构频率选择特性的影响

采用多模网络与严格的模匹配相结合的方法研究了介质损耗对左手媒质构成的周期结构频率选择特性的影响;并对其中的新现象给予了解释.讨论了损耗对左手和右手周期结构的频率选择特性影响的差异.本文得到的结果对于精确设计新的毫米波频率选择表面有一定的指导意义.     

脉冲波反射折射特性的分析计算

利用FDTD法和PML技术计算分析了平面分界面对脉冲波的反射和折射,充分而形象地描绘平面界面对脉冲波反射的时域过程。通过对折射波的分析获得下述结论：当入射角小于临界角时,折射波波前与几何光学原理一致,当入射角大于临界角时,沿界面传播的折射波不是慢波,而是以媒质Ⅱ的速度传播。所得结果有助于加深对脉冲波反射和折射性质的理解。     

多极德拜色散媒质的时域电磁逆散射改进技术

在已有的经验模型中,多极德拜(Debye)模型最适合高精地描述生物组织、土壤、水等媒质的色散特性.为了同时反演这类媒质的电磁参数,本文提出了一种时域逆散射改进技术:分别应用迭代法和吉洪诺夫(Tikhonov)正则化技术克服逆问题的非线性和病态性困难;解析导出了目标泛函关于目标参数的梯度;迭代重建过程中,产生的正演、反演子问题分别选用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法求解.噪声环境下,通过两个一维(1-D)的数值算例,初步证实了该技术的可行性和鲁棒性.     

基于时域多分辨分析方法的地闪雷电电磁脉冲计算

为提高地闪回击电流辐射场的计算效率,提出基于时域多分辨分析的雷电电磁脉冲计算方法.在二维柱坐标系下,以具有紧支撑的Daubechies小波尺度函数作为时域多分辨算法的展开基函数,推导出该算法在二维柱坐标系下的迭代计算公式;采用完全匹配层吸收边界条件截断计算域.利用该算法计算了与放电通道不同距离处雷电电磁脉冲的各个场分量.将所得结果与时域有限差分法的计算结果进行比较,结果表明: 二者具有较好的一致性;在相同精度要求下,时域多分辨算法不仅具有更好的数值色散特性,还提高了计算效率、降低了计算内存开销.     

Progress of Expert Systems in Electromagnetic Engineering

It is urgent to solve various problems in electromagnetic （EM） engineering under the increasingly complicated environment. Some expert systems （ES） come into being just to keep up with the demand for solving these problems. Combined with the analysis of development orES technology and the development trend of EM engineering software in recent years, the application orES technology in EM engineering is discussed, and especially the progress of complete ES in electromagnetic compatible （EMC） is introduced.     

静电放电电磁脉冲激励下材料屏蔽效能研究

为更好地评价电磁屏蔽材料对静电放电电磁脉冲的屏蔽效能,对静电放电脉冲激励下的材料的屏蔽效能进行了时域测试研究。以静电放电电磁脉冲为注入源,结合宽带同轴测试夹具和数字存储示波器,对一种平面材料的屏蔽效能进行了时域测试。通过得到的屏蔽前后的信号,计算了不同激励电压下该材料的峰值屏蔽效能,结果表明激励电压的大小对该材料的电磁脉冲屏蔽效能影响不大。通过对屏蔽前后信号的FFT 变换计算了其频域幅频特性曲线,与频域实验测试所得的幅频特性曲线进行了对比,结果比较一致。表明该时域测试系统能够可靠地评价材料对高压静电放电电磁脉冲激励下的衰减能力。     

Maxwell方程用于电磁脉冲在损耗介质中的传播问题

Ｍａｘｗｅｌｌ方程组是否适用于电磁脉冲在损耗介质中的传播是个有争议的问题,Ｈ．Ｆ．Ｈａｒｍｕｔｈ在他的书中持完全否定的态度。我们从经典的Ｍａｘｗｅｌｌ方程出发,利用时域有限差分法在二维和三维空间模拟了电和磁阶跃电磁脉冲激励的平面电磁波在损耗介质中的传播,并与Ｈａｒｍｕｔｈ书中所给的算例进行了比较,在极限情况下二者符合得很好。这说明Ｈａｒｍｕｔｈ只是给出了一种电磁脉冲在损耗介质中传播问题的解题方法,     

时域反演德鲁色散媒质的电磁逆散射技术

德鲁(Drude)经验模型常用于描述等离子体、金属等媒质的电色散特性.利用宽带的时域测量数据直接反演电参数,相比单频(频域)技术而言,具有信息量大、成像分辨率高的优势.时域直接反演色散媒质电参数的主要困难在于它们是频率相关的.为了克服该困难,本文提出了一种时域电磁(EM)逆散射新技术:转而同时反演德鲁模型的4类频率无关的模型参数.该技术的主要环节为:(1)描述为含正则化项的约束最小化问题;(2)转化为无约束最小化问题;(3)解析导出梯度;(4)分别利用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法迭代求解正演、反演子问题.在一维(1-D)、二维(2-D)两个数值算例中,所需的测量数据也由FDTD仿真值代替,并加入了加性高斯白噪声(AWGN).反演结果初步证实了该技术的性能.