论文部分内容阅读
时域有限差分(FDTD)方法在处理许多电磁问题如辐射、散射、电磁兼容等都具有很大的灵活性。相比较于其它数值计算方法,它更擅长于分析具有复杂外形和介质结构物体的电磁问题。本文基于FDTD方法分析了几个实际应用中常见的电磁问题,并得到了相关结论。讨论了波导传输及开口波导、喇叭天线、波导缝隙阵列辐射的FDTD分析方法。将总场—散射场方法的加源方式推广应用到波导中的激励源加入,这种加源方式便于反射场和其它参数的提取。给出了在用FDTD模拟时调制高斯脉冲参数(调制频率、脉冲宽度)的最优选取范围,这可以保证电磁波在波导中高保真传输。在此基础上,进一步研究了开口波导、喇叭天线及缝隙阵列的辐射特性和重要参数的提取方法,还将开口波导的辐射功率方向图与理论计算和实验测量的结果相比较,表明了该方法分析这类问题的准确性和优越性。研究了FDTD处理等离子体及具有火箭喷焰的复合目标的电磁散射问题的相关方法。推导了处理色散介质(以等离子体为例)FDTD的Z变换方法的递推关系式,通过与Mie级数结果比较,证明了该方法的准确性。进一步分析了等离子体频率(固有频率)和电子碰撞频率对等离子体目标电磁散射特性的影响。在MPI并行计算平台上计算了具有喷焰的复合目标的电磁散射特性,并应用前面的相关结论对计算结果进行了解释。基于FDTD方法的软件开发也是与FDTD相关的重要问题,它涉及将FDTD算法通用化和商用化。本文介绍了一款由作者开发的用于复杂外形和复杂介质目标雷达散射截面(RCS)预估的电磁计算软件EMS1.0。介绍了软件的设计体系和结构;软件设计的几个关键技术:OpenGL显示技术、Visual Fortran与Visual C++混合编程技术、Matlab与Visual C++混合编程技术。最后,通过两个工程分析的实例介绍了软件的使用方法。通过使用表明了该软件用户界面友好,操作简洁,具有很好的通用性。