基于FDTD的时域混合方法及其在天线前门耦合数值模拟中的应用

强电磁脉冲环境下的平台-机载天线一体化耦合计算属于典型多尺度时域电磁计算问题,采用传统的FDTD方法数值模拟时,由于精细结构的存在导致网格量巨大,计算效率低下。介绍了一种将非均匀FDTD方法与细导线FDTD方法以及多网格集总元件FDTD方法相结合的时域混合方法,能够有效降低计算开销,结合并行计算技术,快速计算得到天线端口上耦合产生的瞬态电压和电流响应,并将该方法成功应用于无人机平台-天线一体化前门耦合数值模拟中。     

基于传输线等效法的双腔体屏蔽系数快速算法

传输线等效法（TLM）是一种常用的开孔腔屏蔽系数快速计算方法,在孔缝耦合系数的计算中考虑了孔缝处的场模式,提高了TLM算法在高频段计算屏蔽系数（SE）的准确性。继而将TLM算法推广到开孔双金属腔屏蔽系数的计算,通过将外腔体中任意位置的电压等效为内孔缝处的辐射电压源,计算得到内腔体中任意位置上的屏蔽系数,解决了已有文献中方法的不足。该算法计算结果与CST仿真结果吻合较好。     

V型纳米金球阵列天线侧向散射方向性的数值模拟

纳米天线侧向散射的方向性在生物感测以及表面增强光谱学等领域都有重要研究价值。侧向散射方向性的产生需要破坏纳米天线相对于平面波极化方向的镜像对称,由纳米粒子阵列构成的纳米天线排列灵活,易于实现非镜像对称结构。采用T-matrix方法对V型纳米金球阵列天线进行数值模拟,研究了其侧向散射的方向性,分别讨论了不同阵元数目构成的不同臂长、不同臂间开角、不同球形阵元半径、不同阵元球心间距对V型天线侧向散射方向性的影响。研究表明V型纳米阵列天线具有侧向散射方向性的可调性。     

基于JASMIN框架的抛物方程有限差分解法并行计算及其应用

抛物方程有限差分解法的网格步长严格受波长限制,在求解城市小区电波传播问题时,计算速度明显变慢,为此,基于JASMIN框架研究了抛物方程有限差分解法的并行方法,通过将同一步进面划分成多个网格片,并分配到不同的处理器进行运算,实现了抛物方程有限差分解法的并行计算。与解析解的对比验证了并行程序的正确性,同时通过实例分析了并行程序的高效性,算例表明,抛物方程有限差分解法的求解效率得到了有效的提高。最后,模拟和分析了某一电信基站天线在包含9栋规则建筑物的城市小区环境中的电磁特性,结果表明,该方法能够得到基站在空间各处的信号覆盖强弱,可以为基站选址提供参考。     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

复杂地理环境的图像分割及电波传播特性

复杂地理环境是电波传播不可避免的传播环境,不仅不规则地形会对电波传播产生影响,不同的地表媒质对电波传播也会产生不同的影响。为了使得电波传播特性的预测结果更加地准确有效,通过图像分割算法实现地表环境的简单分类,同时对不同的媒质赋予不同的电磁参数,并结合数字高程模型（DEM)数据,实现了既具有地形起伏信息又具有地表电磁环境参数的复杂地理环境建模。在此基础上,对地表电磁环境信息做了网格剖分处理,利用抛物方程（PE）模型对复杂地理环境下的电波传播特性进行了预测。     

计算电磁学及其在复杂电磁环境数值模拟中的应用和发展趋势

概述计算电磁学的发展历程及其数值方法,并从学术研究、商业软件以及专用软件三个层次论述国内外研究的最新进展.结合复杂电磁环境的应用介绍复杂电磁环境数值模拟平台的研究现状,最后提出未来发展趋势的几点设想.     

基于CP-FDTD的复杂细缝屏蔽效能分析方法

围绕强电磁脉冲的细缝“后门”耦合问题,介绍了基于CP-FDTD的细缝屏蔽效能分析高效数值模拟方法。在证明CP-FDTD准确性的基础上,从入射电磁场极化方向、入射角度和计算效率三个方面进行了详细分析,验证了CP-FDTD在处理工程复杂细缝电磁脉冲耦合时的适用性。通过将CP-FDTD算法集成于自主研发软件JEMS-FDTD,形成可以高效分析工程复杂细缝屏蔽效能的数值模拟方法,并应用于工程部件细缝结构的屏蔽效能分析。     

基于低频部分元等效电路法的共地干扰

基于低频部分元等效电路（PEEC）模型计算接地回路电流和电势分布,研究分析了共地传导干扰机理。基于混合位积分方程建立了低频PEEC模型,并与边界元方法的结果对比验证其准确性。基于PEEC模型实现对导体中三维电流分布的计算,获得了典型大导体接地回路的电流分布,分析了频率对电流分布的影响特性。结果表明,地导体中电流分布主要集中在接地极附近,两接地极间会由于电感感抗的影响而呈现出电势差,揭示了接地回路中的共地传导干扰机理,建立的PEEC模型能够有效应用于共地干扰分析与抑制。     

磁绝缘线振荡器内气体碰撞电离数值模拟

针对气体碰撞电离过程,介绍了蒙特卡罗碰撞（MMC）的处理方法,利用MMC方法编写了气体碰撞电离模块,将其移植到3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE之中,模拟了充有He气的磁绝缘线振荡器（MILO）。模拟结果表明:当He气密度较低时,电离的正离子由于较重无法自由移动,形成了正离子通道,可以有效中和电子束空间电荷场,有利于电子束传输和群聚,提高了束波互作用效率,微波输出功率得到了明显提高,起振时间也有所缩短;当进一步增加He气密度时,电离碰撞增强,电子和离子数目会雪崩式增长,电子束由于碰撞增强而导致能散度增大,其负效应已经远大于中和空间电荷场的正效应,反而不利于电子束的群聚和共振,从而导致输出微波功率降低乃至截断,起振时间缩短是由于其在非雪崩阶段的正效应积累所致,但是随着负效应的增强起振功率不能得以维持,二极管最终将闭合。另外,还模拟了MILO填充空气、水蒸气及二氧化碳等多原子、多组分气体的碰撞电离物理过程。模拟结果显示,同压强情况下,填充空气、水蒸气及二氧化碳的脉冲缩短现象要比填充He气等较低原子序数气体的情况严重得多。