一種基于新型面中心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的時(shí)域電磁計(jì)算方法及其邊界條件

近期，國(guó)際知名期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》以“A Performance-Enhanced Absorbing Boundary Condition for FDTD Methods on Face-Centered Cubic Grids”為題發(fā)表了北京航空航天大學(xué)電磁安全團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。團(tuán)隊(duì)提出了一種基于新型面中心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的時(shí)域電磁計(jì)算方法及其邊界條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)域強(qiáng)場(chǎng)電磁兼容問(wèn)題以及生物電磁能量吸收問(wèn)題的高精度計(jì)算。

針對(duì)傳統(tǒng)FDTD算法在求解瞬態(tài)強(qiáng)場(chǎng)電磁問(wèn)題，如電磁脈沖傳播過(guò)程、電磁場(chǎng)對(duì)于生物體的輻射等，采用基于面中心網(wǎng)格的高精度時(shí)域電磁計(jì)算方法提升計(jì)算精度。為基于有限的計(jì)算內(nèi)存，模擬電磁波的長(zhǎng)時(shí)間的傳播過(guò)程，本論文借助輔助偏微分方程，在伸縮坐標(biāo)系中開(kāi)發(fā)了基于輔助偏微分方程的卷積吸收邊界條件。

對(duì)比無(wú)界區(qū)域的計(jì)算結(jié)果，本論文所提方法反射誤差低于-70dB，證明該吸收邊界可以有效吸收電磁波。 利用該方法可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電磁脈沖在自由空間和含介質(zhì)空間中傳播過(guò)程的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、電磁波在理想金屬導(dǎo)體表面的爬行波、以及手機(jī)在使用900MHz進(jìn)行通信時(shí)，人腦模型吸收的電磁能量。

通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)的時(shí)域電磁計(jì)算方法，本論文所提方法在多種實(shí)際電磁問(wèn)題中獲得了較高的計(jì)算精度，方法在強(qiáng)電磁效應(yīng)分析和生物電磁效應(yīng)計(jì)算領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景和價(jià)值。

吸收邊界網(wǎng)格示意圖1

強(qiáng)電磁脈沖傳播過(guò)程示意

手機(jī)通信時(shí)，人腦模型吸收的電磁能量分布





審核編輯：劉清