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电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法

《电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法》是2014年西安电子科技大学出版社出版的图书,作者是葛德彪、魏兵。

电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法基本信息

电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法目录

第三部分 时域有限元(FETD)方法

第10章 电磁场波动方程边值问题及其弱解形式 3

10.1 电磁场矢量波动方程 3

10.1.1 无耗介质情形 3

10.1.2 有耗介质情形 4

10.2 二维标量波动方程 4

10.2.1 TM波 4

10.2.2 TE波 5

10.2.3 无耗介质TM和TE波动方程的统一形式 5

10.3 边界条件 6

10.3.1 介质分界面边界条件 6

10.3.2 标量波动方程的三类边界条件 7

10.4 吸收边界条件 7

10.4.1 两类辐射散射问题 7

10.4.2 一阶吸收边界条件的标量式 8

10.4.3 吸收边界条件的电场矢量式 10

10.4.4 阻抗边界条件 11

10.5 微分方程边值问题的弱解形式 12

第11章 计算域空间单元和结点基函数 14

11.1 计算域空间单元的划分 14

11.1.1 结构单元和非结构单元 14

11.1.2 一维二维和三维常用有限元单元 15

11.2 一维直线单元 15

11.2.1 结点基函数和长度坐标 15

11.2.2 基函数单元积分公式 18

11.3 二维三角形单元 18

11.3.1 三角形单元和结点基函数 18

11.3.2 三角形单元的面积坐标 22

11.3.3 基函数单元积分公式 23

11.4 二维矩形单元 24

11.4.1 矩形单元和结点基函数 24

11.4.2 基函数单元积分公式 25

11.5 三维四面体单元 26

11.5.1 四面体单元和结点基函数 26

11.5.2 四面体单元的体积坐标 30

11.5.3 基函数单元积分公式 32

11.6 三维矩形块单元 32

第12章 基于结点基函数的二维波动方程Galerkin有限元解 34

12.1 无耗介质二维波动方程边值问题及其弱解形式 34

12.2 弱解形式的有限元离散 36

12.2.1 区域的单元划分和结点编号 36

12.2.2 有限元矩阵方程 38

12.2.3 一阶吸收边界条件的加入 42

12.3 单元矩阵分量的计算 43

12.4 全域矩阵和全域矢量的组合 44

12.4.1 二单元区域的简单例子 44

12.4.2 单元矩阵组合为全域矩阵的对号入座累加方法 47

12.4.3 单元矢量组合为全域矢量的对号入座累加填充 49

12.5 有耗介质二维TM波电场的矩阵方程 50

12.6 Dirichlet边界条件的强加方法 52

第13章 时域矩阵方程离散的Newmark方法 54

13.1 基于前两步递推的Newmark-βγ方法 54

13.2 基于前一步递推的Newmark方法 56

13.3 Newmark-β方法 57

13.4 有限元矩阵方程的求解 58

第14章 基于结点基函数的一维和二维FETD 59

14.1 一维FETD 59

14.1.1 弱解形式 59

14.1.2 有限元矩阵方程 60

14.1.3 全域矩阵和全域矢量的组合 62

14.2 面电流辐射 63

14.2.1 面电流的加入和单向行波辐射 63

14.2.2 算例 64

14.3 二维TM波线电流辐射和散射 66

14.3.1 线电流辐射 66

14.3.2 近场分布显示和FETD数据处理 68

14.3.3 线电流辐射与散射算例 68

14.4 二维TE波线磁流辐射 71

第15章 平面波加入方法和近场-远场外推 72

15.1 一维FETD总场边界加源方法 72

15.1.1 弱解形式 72

15.1.2 有限元矩阵方程 74

15.1.3 一维算例 78

15.2 二维FETD总场边界加源方法 83

15.2.1 弱解形式 83

15.2.2 有限元矩阵方程 86

15.2.3 激励源矢量中全域矩阵[Ms]和[Ks]的组合 90

15.2.4 平面波与散射算例 92

15.3 二维FETD总场区域加源方法 94

15.3.1 弱解形式 94

15.3.2 有限元矩阵方程 95

15.3.3 平面波与散射算例 96

15.4 二维TM波时谐场近场-远场外推 98

15.4.1 远区场公式 98

15.4.2 外推边界面上的等效电磁流 98

15.4.3 外推边界上棱边积分的解析结果 101

15.4.4 TM外推算例 103

15.5 二维TE波时谐场近场-远场外推 106

15.5.1 外推边界面上的等效电磁流 106

15.5.2 TE外推算例 108

第16章 棱边基函数 109

16.1 二维矩形单元 109

16.1.1 矩形单元棱边基函数 109

16.1.2 基函数单元积分公式 111

16.2 二维三角形单元 112

16.2.1 三角形单元棱边基函数 112

16.2.2 基函数单元积分公式 118

16.3 三维矩形块单元 123

16.3.1 矩形块单元棱边基函数 123

16.3.2 基函数单元积分公式 128

16.4 三维四面体单元 132

16.4.1 四面体单元棱边基函数 132

16.4.2 基函数单元积分公式 135

第17章 基于棱边基函数的二维TE波FETD 139

17.1 有耗介质二维TE波电场波动方程及其弱解形式 139

17.2 有限元矩阵方程 141

17.3 全域矩阵和全域矢量的组合 145

17.3.1 二单元区域简单例子 145

17.3.2 单元矩阵到全域矩阵的组合 148

17.3.3 单元矢量到全域矢量的组合 151

17.4 二维线磁流TE波辐射和散射 152

17.4.1 线磁流的激励源矢量 152

17.4.2 TE波近场分布显示及线磁流辐射算例 154

17.4.3 线磁流TE波照射二维柱体散射 157

第18章 TE平面波的加入和近场-远场外推 159

18.1 总场-散射场区的弱解形式 159

18.2 总场区域加源方法 161

18.2.1 有限元矩阵方程 161

18.2.2 激励源矢量中矩阵[Ms]和[Ks]的组合 165

18.2.3 平面波加入和散射算例 167

18.3 总场边界加源方法 171

18.3.1 弱解形式和有限元矩阵方程 171

18.3.2 激励源矢量的讨论 174

18.3.3 平面波加入和散射算例 175

18.4 二维TE波时谐场近场-远场外推 177

18.4.1 外推边界面上的等效电磁流 177

18.4.2 算例 179

第19章 基于棱边基函数的三维FETD 182

19.1 三维矢量波动方程及其矩阵方程 182

19.1.1 矢量波动方程及其弱解形式与矩阵方程 182

19.1.2 表面三角形单元矩阵分量的计算 185

19.1.3 基于矩形块的结构性四面体单元 187

19.1.4 电偶极子辐射算例 188

19.2 平面波加入的总场区域加源方法 190

19.2.1 弱解形式和矩阵方程 190

19.2.2 激励源矢量中矩阵[Ms]和[Ks]的组合 194

19.2.3 算例 195

19.3 三维时谐场近场-远场外推 196

19.3.1 外推边界面上的等效电磁流 196

19.3.2 远区电磁场 198

19.3.3 电流矩和磁流矩的直角分量 198

19.3.4 算例 199

19.4 三维瞬态场近场-远场外推 200

19.4.1 外推边界面上的等效电磁流和远区场 200

19.4.2 推迟势公式的直角分量和投盒子方法 201

19.4.3 算例 203

19.5 PML 203

19.5.1 UPML频域波动方程及其弱解形式与矩阵方程 204

19.5.2 时域矩阵方程 207

附录C 分部积分公式和Green定理 208

附录D 一维FETD程序 210

FETD参考文献 217

索引 219 2100433B

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电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法造价信息

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电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法内容简介

本书分为上下册,除引言外共三部分19章,分别讨论了时域积分方程(IETD)、时域有限差分(FDTD)和时域有限元(FETD)三种方法。对于IETD,首先导出势函数表述的电场磁场积分方程,经过试验过程和展开过程导出离散形式,再利用时间导数的差分近似获得时域步进公式,分析讨论了细导线、二维导体柱和三维导体的散射。对于FDTD,基于Yee元胞和中心差分近似直接将Maxwell旋度方程离散导出时域步进公式,讨论吸收边界、完全匹配层、总场边界和近场-远场外推公式, 并用于散射计算;此外,还讨论了共形网格技术和色散介质的处理方法。对于FETD,从TM/TE标量波动方程或电场矢量波动方程及边界条件出发, 应用Galerkin加权余量导出弱解积分形式;随后经过单元离散和结点或棱边基函数展开, 导出单元矩阵方程,再运用组合获得时域矩阵微分方程,将时间导数应用 Newmark方法离散后给出时域步进公式,讨论了激励源加入、总场边界和近场-远场外推公式并用于散射计算。三种方法都配有算例,附录中给出一维计算程序。上册和下册书末分别附有FDTD和FETD的电磁波近场分布彩图。

本书可作为无线电物理、电磁场与微波技术、电子科学与技术、电波传播等专业研究生的教材或教学参考书,也可供有关学科教师、科技工作者、研究生和高年级大学生阅读参考。

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电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法常见问题

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电磁波时域计算方法(下册)——时域有限元法文献

基于时域有限元法的电缆终端电场分析 基于时域有限元法的电缆终端电场分析

基于时域有限元法的电缆终端电场分析

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大小:210KB

页数: 4页

基于后退欧拉法和变分原理推导了非线性的时域有限元电场计算方程。利用时域有限元方法分析了含不同应力控制管时的电缆终端电场分布。分析结果表明,采用由电容性和非线性电阻性材料复合绝缘结构的应力控制管时,电缆终端的电场分布最为均匀。

软土地基的有限元计算方法及其应用 软土地基的有限元计算方法及其应用

软土地基的有限元计算方法及其应用

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大小:210KB

页数: 2页

软土地基的有限元计算方法及其应用——文章针对广东地区软土路基道路施工的情况,介绍了通用有限元软件的基本原理及其在软土地基处理中的模拟应用。通过列举三个已经经过有限元软件模拟计算和实际测量数据检验的实例,证明了有限元方法在公路软土地基的处理中可...

时域平均简介

时域平均是从噪声干扰的信号中提取周期性信号的过程,也称相干检波。对机械信号以一定的周期为间隔去截取信号。,然后将截取的信号叠加后平均,这样可以消除信号中的非周期分量及随机干扰,保留确定的周期成分。例如,以某齿轮的旋转周期为时间间隔对信号进行截取,进行时域平均,可以排除齿轮的旋转频率及其倍频以外的干扰,突出齿轮缺陷产生的周期分量,提高信噪比。

在时域中从混有噪声干扰的信号中提取周期分量的过程,也称作相干滤波。

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光时域反射测量混沌激光相关法光时域反射测量技术

时域反射测量是光纤损耗分布及损毁点定位的主要技术,它根据背向散射/反射光测定光纤的损耗特性,界定诸如弯曲、断点等损毁事件的类型和位置.随着光纤通信支线网络和光纤承载射频通信的发展,高密度事件分布的局域网需要更高精度的测量.目前,光时域反射仪(optical time-domainreflectometer, OTDR)儿乎均采用单脉冲[‘]一匕行时间法的测量原理,通过测量光脉冲从发射到接收这段时间间I}iu来确定测量距离.引入超短光脉冲及其他光学技术fzN}]可以提高空间分辨率和信噪比.然而,脉冲式OTDR有个固有缺陷:测量精度与测量距离存在原理上的矛盾,必须折中考虑.而且,如果不采用昂贵复杂的超短光脉冲激光器,依靠现有的调制技术,其分辨率多在数十米,盲区则更宽.相关法OTDR}5}6]利用伪随机光脉冲序列代替单脉冲,通过参考信号与探测信号的相关运算进行测量.该方法可通过增加码民的方式,增大探测光能量,进I}TI提高测量距离,解决测量精度与测量距离的矛盾.但是,其测量精度受限于伪随机调制的电子带宽瓶颈,无法突破传统单脉冲OTDR的精度.

研究己表明,半导体激光器在受到光反馈或光注入时可持续地产生混沌振荡.输出的混沌激光波形随机起伏,其相关曲线具有细锐的b函数形状.利用混沌激光波形的相关特性,Lin等f7,81提出混沌激光雷达的概念并进行实验验证.我们通过实验发现半导体激光器的非线性混沌振荡的带宽可达到15 GHz以上f}l因此本文将混沌激光引入光时域反射测量领域,提出混沌激光相关法光时域反射技术,采用光纤}}腔反馈半导体激光器产生宽带、低相关噪声的混沌激光信号,实现与测量距离无关的高精度测量.初步实验获得了6 cm的反射事件分辨率。

利用光纤环形腔构成民腔反馈,使半导体激光器产生宽带、相关曲线噪声低的混沌激光作为探测光,进行了反射事件测量及其空间分辨率的实验验证,获得了与反射事件距离无关的、约6 cm的空间分辨率.实验分析预测,对0.2dB/km的单模光纤该技术的测量范围可达到25 km.与伪随机信号相关法OTDR相比,混沌激光相关法OTDR具有以下优点:利用数GHz带宽的混沌激光作为探测信号,突破电子瓶颈,空间分辨率更高;探测信号的产生源于激光器内部动态特性而非外部调制,因此结构简单,无需伪随机码发生器和调制器,并且混沌激光的序列民度不受限制.综上,混沌激光相关法OTDR具有很大的应用潜能,特别是对于事件分布较集中的局域网.

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TDR时域反射计

早在20世纪60年代就产生了时域反射(TDR)技术。该技术包括产生沿传输线传播的时间阶跃电压。用示波器检测来自阻抗的反射,测量输入电压与反射电压比,从而计算不连续的阻抗。

20世纪70年代了解到作为频率函数的网络反射系数的傅里叶变换就是作为时间函数的反射系数。可用网络分析仪在频域测量的数据计算和显示网络作为时间函数的网络阶跃和激冲响应。使在反射和传输中传统TDR能力增加了在频带有限网络进行测量的潜力。

在反射模式中网络分析仪测量作为频率函数的反射系数。可把该反射系数看成是入射电压和反射电压的传递函数。反变换将反射系数转换为时间函数(激冲响应)。可用该反射系数与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。在传输模式中。网络分析仪测量作为频率函数的二端口器件的传递函数。反变换将该传递函数转换为二端口器件的激冲响应。用该激冲响应与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。

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