主权项 |
一种粗网格大时间步时域有限差分方法,其特征在于,包括以下步骤:1)对待求电磁目标模型进行空间离散:磁场节点和电场节点的空间排布采用Yee元胞,电场节点E<sub>x</sub>、E<sub>y</sub>和E<sub>z</sub>位于元胞的各个棱上,磁场节点H<sub>y</sub>垂直于元胞的xz平面,磁场节点H<sub>x</sub>与电场节点E<sub>z</sub>的空间位置重合,磁场节点H<sub>z</sub>与电场节点E<sub>x</sub>的空间位置重合;2)对待求电磁目标模型进行时间取样:电场分量时间步取值为n时刻、n+1/2时刻和n+1时刻,磁场分量时间步取值也为n时刻、n+1/2时刻和n+1时刻;3)将迭代分成两步完成,第一步从n时刻推进至n+1/2时刻,第二步从n+1/2时刻推进至n+1时刻;在第一步迭代中,对Maxwell方程中的空间求导项<img file="FDA0000995892490000013.GIF" wi="832" he="76" />采用混合时间步法进行时间离散;在第二步迭代中,对Maxwell方程中的空间求导项<img file="FDA0000995892490000014.GIF" wi="583" he="70" /><img file="FDA0000995892490000015.GIF" wi="165" he="70" />采用混合时间步法进行时间离散;4)对得到的<img file="FDA0000995892490000016.GIF" wi="991" he="71" />求导项采用傅立叶变换求解,其余空间求导项采用二阶中心差分近似;5)利用公式(1)求解n+1/2时刻的电场分量<img file="FDA0000995892490000011.GIF" wi="118" he="103" /><img file="FDA0000995892490000012.GIF" wi="1773" he="677" /><img file="FDA0000995892490000021.GIF" wi="110" he="63" />6)利用公式(2)求解n+1/2时刻的电场分量<img file="FDA0000995892490000022.GIF" wi="123" he="109" /><img file="FDA0000995892490000023.GIF" wi="1749" he="682" />7)利用公式(3)和(4)求解n+1/2时刻的磁场分量<img file="FDA0000995892490000024.GIF" wi="115" he="108" />和<img file="FDA0000995892490000025.GIF" wi="137" he="102" /><maths num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>H</mi><mi>y</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>H</mi><mi>y</mi><mi>n</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>μ</mi><mi>Δ</mi><mi>z</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>E</mi><mi>x</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>x</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>x</mi><mi>n</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>x</mi><mi>n</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000995892490000026.GIF" wi="1685" he="455" /></maths><img file="FDA0000995892490000027.GIF" wi="1702" he="454" />8)利用公式(5)求解n+1时刻的电场分量<img file="FDA0000995892490000028.GIF" wi="114" he="69" /><img file="FDA0000995892490000031.GIF" wi="1811" he="734" />9)利用公式(6)求解n+1时刻的电场分量<img file="FDA0000995892490000032.GIF" wi="114" he="71" /><img file="FDA0000995892490000033.GIF" wi="1766" he="666" />10)利用公式(7)和(8)求解n+1时刻的磁场分量<img file="FDA0000995892490000034.GIF" wi="105" he="71" />和<img file="FDA0000995892490000035.GIF" wi="122" he="70" /><img file="FDA0000995892490000036.GIF" wi="1670" he="419" /><maths num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>H</mi><mi>y</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>H</mi><mi>y</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>μ</mi><mi>Δ</mi><mi>x</mi></mrow></mfrac><mo>[</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>z</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>z</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>z</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msubsup><mi>E</mi><mi>z</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow></mtd></mtr></mtable><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000995892490000037.GIF" wi="1668" he="407" /></maths>以上各式中,<img file="FDA0000995892490000041.GIF" wi="38" he="47" />表示傅立叶变换,<img file="FDA0000995892490000042.GIF" wi="70" he="54" />表示逆傅立叶变换;11)令n=n+1,重复执行步骤5)~10)直至迭代完成。 |