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

近期，國際知名期刊《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)電磁安全團隊的最新研究成果。團隊提出了一種基于新型面中心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的時域電磁計算方法及其邊界條件，實現(xiàn)了對時域強場電磁兼容問題以及生物電磁能量吸收問題的高精度計算。

針對傳統(tǒng)FDTD算法在求解瞬態(tài)強場電磁問題，如電磁脈沖傳播過程、電磁場對于生物體的輻射等，采用基于面中心網(wǎng)格的高精度時域電磁計算方法提升計算精度。為基于有限的計算內(nèi)存，模擬電磁波的長時間的傳播過程，本論文借助輔助偏微分方程，在伸縮坐標系中開發(fā)了基于輔助偏微分方程的卷積吸收邊界條件。

對比無界區(qū)域的計算結(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。 利用該方法可實現(xiàn)強電磁脈沖在自由空間和含介質(zhì)空間中傳播過程的精準預(yù)測、電磁波在理想金屬導(dǎo)體表面的爬行波、以及手機在使用900MHz進行通信時，人腦模型吸收的電磁能量。

通過對比傳統(tǒng)的時域電磁計算方法，本論文所提方法在多種實際電磁問題中獲得了較高的計算精度，方法在強電磁效應(yīng)分析和生物電磁效應(yīng)計算領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景和價值。

吸收邊界網(wǎng)格示意圖1

強電磁脈沖傳播過程示意

手機通信時，人腦模型吸收的電磁能量分布





審核編輯：劉清