基于FDTD的E和H型源激励的矩形波导的截止频率和动态特性研究（毕业学术论文设计）.doc

摘 要 时域有限差分法是由有限差分法发展出来的数值计算方法。自1966年Yee在其论文中首次提出时域有限差分以来，时域有限差分法在电磁研究领域得到了广泛的应用。主要有分析辐射条线、微波器件和导行波结构的研究、散射和雷达截面计算、分析周期结构、电子封装和电磁兼容的分析、核电磁脉冲的传播和散射以及在地面的反射及对电缆传输线的干扰、微光学元器件中光的传播和衍射特性等等。 由于电磁场是以场的形态存在的物质，具有独特的研究方法，采取重叠的研究方法是其重要的特点，即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证，才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中，许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究，主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外，对于物体的电特性，理论上具有几乎所有的频率成分，但实际上，只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。 文中主要分析了源处不同性质的激励源对波导截止频率特性的影响，得到了在二维情况下对于矩形波导的场分量瞬态图以及截止频率特性图。详细模拟了TE和TM模式场结构分布以及脊波导中的电磁波传播的场分量瞬态分布。 关键词：时域有限差分 波导 截止频率 场结构特性 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc188712192 摘 要 PAGEREF _Toc188712192 \h 4 HYPERLINK \l _Toc188712193 目录 PAGEREF _Toc188712193 \h 5 HYPERLINK \l _Toc188712194 第一章 绪论 PAGEREF _Toc188712194 \h 6 HYPERLINK \l _Toc188712195 1.1 课题背景与意义 PAGEREF _Toc188712195 \h 6 HYPERLINK \l _Toc188712196 1.2 时域有限差分法的发展与应用 PAGEREF _Toc188712196 \h 7 HYPERLINK \l _Toc188712197 1.3 时域有限差分法的特点 PAGEREF _Toc188712197 \h 9 HYPERLINK \l _Toc188712198 1.4 本课题的主要研究内容 PAGEREF _Toc188712198 \h 12 HYPERLINK \l _Toc188712199 第二章 时域有限差分法的基本原理 PAGEREF _Toc188712199 \h 13 HYPERLINK \l _Toc188712200 2.1 Maxwell方程和Yee氏算法 PAGEREF _Toc188712200 \h 13 HYPERLINK \l _Toc188712201 2.2 FDTD的基本差分方程 PAGEREF _Toc188712201 \h 15 HYPERLINK \l _Toc188712202 2.3时域有限差分法相关技术 PAGEREF _Toc188712202 \h 17 HYPERLINK \l _Toc188712203 2.3.1数值稳定性问题 PAGEREF _Toc188712203 \h 17 HYPERLINK \l _Toc188712204 2.3.2数值色散 PAGEREF _Toc188712204 \h 18 HYPERLINK \l _Toc188712205 2.3.3 FDTD离散网格的确定 PAGEREF _Toc188712205 \h 19 HYPERLINK \l _Toc188712206 2.4吸收边界条件 PAGEREF _Toc188712206 \h 19 HYPERLINK \l _Toc188712207 2.4.1一阶和二阶近似吸收边界条件 PAGEREF _Toc188712207 \h 20 HYPERLINK \l _Toc188712208 2.4.2 二维棱边及角顶点的处理 PAGEREF _Toc188712208 \h 23 HYPERLINK \l _Toc188712209 2.4.3三维棱边及角顶点的处理 PAGEREF _Toc188712209 \h 26 HYPERLINK \l _Toc188712210 2.4.3 Berenger完全匹配层 PAGEREF _Toc188712210 \h 26 HYPERLINK \l _Toc188712211 2.5激励源设计 PAGEREF _Toc188712211 \h 30 HYPER