金属细薄结构的FDTD建模及算法实现

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时域有限差分法(FDTD)由于其具有诸多显著优点,被广泛应用于各类电磁现象的特性分析。通常,对于涉及边界或局部结构特殊的目标体的电磁问题,FDTD一般对目标结构进行亚网格划分或采用共形技术,实现对其FDTD建模,具有良好的计算精度。然而,对于日趋复杂化和小型化的军用或民用的精细目标体(如薄片模型),亚网格剖分势必会带来内存的过多消耗,而常规的共形方法又不能合理有效地对其建模,两种方法均表现出了不足。  为解决这一类特殊金属结构的电磁问题,本文在常规共形技术基础上,首先介绍了适用性更广的TST(Thin Sheet Technology)共形技术,它其实是在单个Yee网格的因细薄金属目标体嵌入而产生的两个子域中,两次使用普通共形方法。随后,本文对不同相交Yee网格类型进行了归类,为了描述TST共形网格的特征,首次提出TST棱段、TST面片、关联顶点、裂变场等重要概念。接着,为降低问题的不必要的复杂性,本文作出了三个合理的准则以实现对几何相交信息进行简化等效,并在此基础上,完成了PEC填充的不同种类的TST网格棱和面的鉴别以及FDTD电磁建模,同时分析了PEC的TST共形中有无介质普通共形和介质TST共形的两种情形。然后,根据场关联顶点的特性,在不同裂变场之间、裂变场和常规场之间分别建立了准确的迭代访问关系。此外,本文还根据等效原理并引入辅助位推导了时域近远场变换的外推公式,以及介绍了采用一种投盒子方法的实现过程。  最后,本文选取了几个典型的金属目标体进行仿真,数值实验表明本文提出的共形算法能成功应用于分析金属细薄结构的电磁散射和辐射问题,从而验证了算法的有效性。
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