普通媒質(zhì)與等離子體電磁散射的時(shí)域譜元分析.pdf

1、自1873年麥克斯韋利用大量的實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)造性的思維論證提煉出電磁場(chǎng)基本方程至今，電磁學(xué)的理論發(fā)展有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，工程應(yīng)用也在各方面得到了推廣，軍事上有雷達(dá)、目標(biāo)的隱身與識(shí)別等先進(jìn)技術(shù);生活中有電磁加熱、移動(dòng)通訊等技術(shù)?？梢哉f(shuō)，電磁學(xué)改變了世界。電磁學(xué)長(zhǎng)足發(fā)展，衍生出了一門新的學(xué)科——計(jì)算電磁學(xué)。計(jì)算電磁學(xué)以電磁基本理論為基礎(chǔ)，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合高等數(shù)值算法，快速準(zhǔn)確地模擬和預(yù)估出電磁目標(biāo)的各項(xiàng)參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)優(yōu)化提供指導(dǎo)意見(jiàn)，解決實(shí)際

2、的工程需求。
　　時(shí)域譜元法(Time Domain Spectral-element Method，TDSEM)是一種較新穎的時(shí)域方法，它的迭代式類似于時(shí)域有限元法，但計(jì)算域的電場(chǎng)或磁場(chǎng)卻是用譜方法的基函數(shù)展開(kāi)，因而具有兩種方法的特點(diǎn)。時(shí)域譜元法建模靈活，并可在低采樣密度的情況下快速計(jì)算出可信度高的結(jié)果。本文討論的譜元法基于波動(dòng)方程，采用具有正交性的Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多項(xiàng)式作為矢量基函數(shù)，并進(jìn)

3、行曲六面體網(wǎng)格離散。與時(shí)域有限差分(FDTD)相比，其建模擬合度高;又因?yàn)樽V元法網(wǎng)格離散的尺寸可以很大，所以它的未知量將會(huì)減少很多。與時(shí)域有限元(TDFEM)相比，由于其選取的基函數(shù)具有正交性，因而能夠產(chǎn)生對(duì)角的或者塊對(duì)角的系數(shù)矩陣，這樣既可以較簡(jiǎn)單地對(duì)矩陣進(jìn)行求逆，速度也非?？?。
　　本文采用時(shí)域譜元法分析物體散射與等離子體電磁特性。時(shí)域譜元法屬于微分類算法。由于計(jì)算機(jī)容量是一定的，微分類算法只能在有限區(qū)域進(jìn)行，為了處理開(kāi)域問(wèn)題

4、需在計(jì)算域截?cái)噙吔缣幵O(shè)置吸收邊界條件。本文主要用一階吸收邊界條件(ABC)和完全匹配層(PML)來(lái)截?cái)嘤?jì)算區(qū)域。對(duì)于加源的方式，本文選取了體激勵(lì)法。給出了具體的散射算例，包括理想金屬、理想介質(zhì)以及金屬與介質(zhì)的混合算例，驗(yàn)證了算法的正確性。譜元法在分析介電常數(shù)是張量并且是色散的等離子體電磁特性時(shí)，將該介電常數(shù)代入波動(dòng)方程計(jì)算三維問(wèn)題。編制和調(diào)試了基于譜元法的計(jì)算程序，分析了含等離子體濾波器與等離子體電磁散射特性，驗(yàn)證了該方法的正確有效性。