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FDTD近场到远场的时域转换 [文档在线提供].doc

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FDTD近场到远场的时域转换 [文档在线提供].doc

FDTD近场到远场的时域转换沈爱国宋铮邢军(电子工程学院微波教研室,合肥230037)【摘要】对FDTD中近区场向远区场的转换方法作了讨论,具体分析了时域的转换方法,在理论上说明了该方法的可行性,给出了具体的转换步骤,并用典型的计算实例验证其正确性。该方法为FDTD在宽频领域的应用提供了方便,拓宽了应用范围。关键词:FDTD,近区场,远区场一、引言自从Yee在网格中将空间离散化,把带时间变量的Maxwell旋度方程转化为差分格式,并成功地模拟了电磁脉冲与理想导体作用的时域响应以来,时域有限差分法(FDTD)得到了长足的发展,并以其明显的优点得到越来越广泛的应用〔1〕。起初,FDTD主要用于散射问题的处理,后来也逐渐应用于天线等辐射系统的计算。我们知道,FDTD计算直接得到的是近区场,但不管是散射问题或辐射问题,真正有用的往往是远区场,这就涉及将近区场转换为远区场的问题。远区场与近区场虽然在性质上有很大区别,但远区场是近区场发展运动的结果,二者之间有密切的关系,在已知近区场的情况下,可以求得远区场。FDTD在电磁计算中的应用主要有两个方面,计算瞬态电磁问题和稳态电磁问题。最早的近场向远场转换工作是在稳态问题的计算中进行,即平面正弦波的散射问题计算,转换主要在频域中进行〔2〕。随着FDTD在瞬态问题和宽频问题中的应用,在频域中处理近场向远场的转换显示出很大的不便。若能将时域的散射近场直接转换为远区场,会解决这一矛盾,并能更有效地体现FDTD算法的优点。FDTD是在时域中对Maxwell旋度方程进行差分近似计算得到的,用该算法计算远区场的时域响应是很自然的,当需要频域响应时,对时域场进行Fourier变换即可。目前对于近场向远场转换的讨论大多侧重于原理的分析〔3,4〕,而对具体的转换过程讨论较少,应用不够方便。本文首先从理论上说明时域转换的可行性,详细讨论了转换方法,并给出了流程图,然后给出了具体计算实例,以检验转换的正确性。二、转换的基本原理按照FDTD计算电磁场的方法,总能求出散射体或辐射体表面的电流分布,由这些电流分布可以计算近区和远区的散射场或辐射场。但是,散射体或辐射体的形状可能很复杂,还可能以某种方式包含有介质成分,这使得每一个散射或辐射问题成为一个单独的问题,而且本身还带有一定的复杂性。一种替代的方法是不直接利用散射体或辐射体的表面电流,而是利用表面外的近场

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