ADI-MRTD算法的数值色散性分析

针对传统的时域多分辨分析(MRTD)方法的稳定性不足问题,讨论了一种将交替方向隐式技术(ADI)与MRTD算法相结合的交替方向隐式时域多分辨分析算法(ADI-MRTD)。导出了基于Daubechies小波尺度函数的ADI-MRTD算法的差分公式和色散性方程,同时证明了其仍然满足无条件稳定方程。并讨论了空间步长、时间步长和电磁波传播方向等因素对ADI-MRTD算法的数值色散影响。结果表明:ADI-MRTD算法的数值色散特性优于传统的时域有限差分(FDTD)算法。     

一种有效减少ADI-FDTD数值色散的方法

ADI—FDTD算法的数值色散效应较为明显，本文的研究表明一种通过添加各向异性媒质来修正相速误差，从而减少FDTD数值色散的方法，同样适用于ADI-FDTD，且收效更为显著。数值运算结果证明该方法能够简单有效地去除较宽频带范围内的色散。     

保角变换FDTD算法的数值稳定性与数值色散

本文提出了新的保角变换FDTD算法,推导了保角变换FDTD算法的时间稳定性和数值色散方程。此外,本文以圆波导为例计算了不同网格下TE模数值波长的相对误差,分析了不同传播常数和对极点不同半径的半圆电壁近似下数值波长的相对误差。通过适当地选择网格数,可得到高精度。     

PML吸收边界的时域有限差分法的数值色散研究

PML吸收边界以其优异的吸收能力与效果而倍受人们的关注。本文针对运用PML吸收边界的时域有限差分法的数值色散问题进行了研究,并得到了较为满意的结果,PML吸收边界在有效减少电磁 波在边界上的反射的情况下,并没有带来对数值色 散的不良影响。     

高阶ADI-FDTD算法的数值色散分析

该文给出高阶交替方向隐时域优先差分(ADI-FDTD)算法,即在ADI-FDTD迭代公式的基础上对时间的差分仍然采用二阶中心差分格式,而对空间的差分则采用四阶中心差分格式,并解析地证明了所给出的高阶ADI-FDTD算法仍然满足无条件稳定方程,同时对增长因子相位的分析,得到数值色散关系,最后对其数值色散误差进行了分析,研究表明与普通ADI-FDTD相比,其色散误差较小。     

基于Taylor级数展开定理的高阶FDTD的色散分析

时域有限差分法(FDTD)是计算电磁领域中的一类非常重要的研究工具.而Taylor级数展开定理是构造差分格式的一种重要方法,例如Yee格式采用二阶Taylor格式,Fang格式采用四阶Taylor格式.本文借助于采样定理,详细分析了不同阶Taylor中心差分格式的谱特性以及计算误差,并将任意阶Taylor中心差分格式用于数值求解麦克斯韦方程中,严格导出了稳定性条件和数值色散关系的表达式,引入了新的误差定义来衡量算法的好坏.详细地研究了Courant数、网格分辨率CPW和网格长度比率等因素对于数值色散误差的影响,为基于Taylor差分格式的FDTD算法的研究提供了有用的参考.     

方形组合空气孔微结构光纤的色散特性分析

提出一种新型的方形组合空气孔微结构光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而成的,借助FDTD(时域有限差分)法计算了这种光纤的几何结构参数的变化对基模色散曲线图的影响。结果表明,这种微结构光纤由于有两套空气孔,具有较强的色散控制能力。通过优化,可以得到较低、较平坦的色散曲线。     

基于传播子技术的辛时域多分辨率方法

 数值求解三维时域Maxwell方程的过程中,保持方程的内在结构显得尤为重要.利用Hamilton函数的变分形式,将Maxwell方程表述为Hamilton正则方程形式.在时域方向,利用辛传播子技术对方程进行离散以保持方程的内在结构;在空域方向,采用时域多分辨率方法对三维旋度算符进行差分离散,建立了求解Maxwell方程的辛时域多分辨率(S-MRTD)方法.对S-MRTD方法的稳定性及数值色散性进行了系统的探讨,数值结果表明该方法的正确性及高精度性.     

一种分析微带贴片天线的辛时域有限差分方法

文中研究了在时间上采用5级4阶差分、空间上采用4阶差分的高阶辛时域有限差9（SFDTD）数值方法。给出其三维差分公式．将吸收边界条件应用于微带天线的计算中，计算了微带贴片天线的回波损耗及输入阻抗等．计算结果证明，该方法的精确性和正确性．     

同轴波纹波导的高频特性数值分析

本文提出先用时域有限差分法计算含周期慢波结构的谐振腔的谐振频率和谐振场分布,再基于周期慢波电路色散关系的周期性质,由几个特殊色散点处的频率及波数数值组合出周期慢波线的完整色散关系的新方法。数值计算了同轴波纹波导中ＴＭ０ｎ模式的色散关系、耦合阻抗等特性参量。     

二维非正交坐标系下FDTD方法的数值色散特性

本文详细讨论了二维非正交坐标系下FDTD方法的色散特性，导出了其数值色散方程。理论计算结果表明，非正交FDTD方法的空间色散与网络尺寸、网络内角、波传播方向有密切关系。同时指出，在应用非正交FDTD方法解决有关时域电磁问题时，网格的部分应分量选取网格边长相接近，夹角接近90的情况以减少此方法的数值色散。     

金属孔阵Ku波段透波增强特性研究

用高稳定的辛时域有限差分算法(SFDTD)对金属周期孔阵在Ku波段的透波增强特性进行了研究.数值计算了金属板厚度、孔的大小、孔中填充不同折射率的介质和孔阵的周期等物理参数对孔阵透射系数的影响.得出的研究结果表明:金属周期孔阵在Ku波段的透射系数随孔的增大而增大,随孔阵周期的增大而减小,填充高折射率的介质有利于其透射.     

基于FDTD方法的光子晶体光纤色散特性分析

基于电磁场时域有限差分法(FDTD)计算光子晶体光纤(PCF)的方法, 分析了运用该方法时需要注意的一些问题, 特别是关于晶格位置、晶格上各个电磁场分量的分布以及完全匹配层(PML)中在边界处的电磁场的处理。以此为理论依据分析了一种纯石英材料双层芯PCF, 对这种光纤的传输特性进行了详细的数值模拟。通过调整光纤的结构参数, 设计出大负色散值的宽带色散补偿光子晶体光纤(DCPCF)。数值模拟结果显示在1530～1565 nm波长范围内其色散值在-400和-600 ps/(km·nm)之间变化, 达到了具有相同有效模面积的普通色散补偿光纤(DCF)的5倍。在整个C波段可以有效补偿长度25倍以上的标准单模光纤(SMF), 其色散剩余量在±1.0 ps/nm·km以内。该种结构的PCF对于制作高增益和宽带色散补偿于一体的集中式光纤放大器具有十分重要的意义。     

任意截面波导的模式截面场的数值分析

给出了任意截面波导的传输特性的时域差分（FDTD）数值方法的一般分析方法,首次提出了用数值方法建立任意截面波导中各模式横向场分量截面场分布的方法,为证明这种方法的有效性,计算了常用空气填充的Ka波段矩形波导中主模（H10模）和一次高阶模式H20模的截止波长和Ey场分量,其与理论值的安全一致性表明所提出的方法是正确的。作为应用例子给出了一种新型的五边形波导的最低四个模式的传播常数及主模式和第一高次模的电场在波导横截面的场分布图。     

交替隐式时域有限差分分析有耗介质电磁波传播

针对电磁波在有耗介质中的传播特点,提出了改进的交替方向隐式时域有限差分(ADI-FDTD)算法来研究电磁波在有耗介质中的传播特性。改进后的算法可改善传统ADI-FDTD为提高计算效率导致的计算精度下降的缺点。证明了算法的无条件稳定性,并分析了算法的数值色散。通过算例对比验证了算法的有效性和对计算精度的改善。将算法应用到金属球体在空气中、地面上方和海平面上方的电磁散射分析中,仿真结果表明:介质损耗在一定程度增大电磁散射的同时,会加大电磁散射的震荡。     

变孔径色散补偿光子晶体光纤的数值研究

文中利用有限差分法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行了数值模拟.在常规光子晶体光纤(PCF)的基础上,变化了第二环的空气孔,增加了光子晶体光纤的结构参量变化的自由度.通过数值模拟,研究了新型光子晶体光纤包层结构参量与其色散之间的关系,并且通过优化得出低至-924.6 ps/nm/km的色散值,这在常规色散补偿光纤(DCF)中是不可能实现的.并且针对常规单模光纤色散特性,设计出合适κ值的色散补偿光子晶体光纤,色散值为-519.3 ps/km/nm,补偿能力远大于常规色散补偿光纤.     

高阶FDTD法分析电-大尺寸光波导器件

高阶时域有限差分(FDTD)法用于电-大尺寸平面光波导器件的时域分析,实现了高阶FDTD法的理想匹配层(PML)吸收边界条件;研究了高阶FDTD法的数值色散特性,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟,所得结果与解析解非常一致。