System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法技术_技高网

一种应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法技术

技术编号:40172478 阅读:4 留言:0更新日期:2024-01-26 23:41
本发明专利技术公开了一种应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,包括以下步骤:步骤1:构建一个由两个区域组成的计算域,单元格的大小在界面处从Δ变为Δ<supgt;R</supgt;=Δ<supgt;'</supgt;,边界作为区域之间的接口;步骤2:构建第二个域,其中网格大小从Δ到Δ<supgt;R</supgt;=Δ”变化;步骤3:建立互补导数算法,并使用二阶精确插值方法确定网格尺寸的缩减因子。在基于FDTD的方法中使用非均匀网格时实现二阶精度,此外,CDM可以实现广泛的网格尺寸缩减因子,从而允许比以前更大的网格尺寸灵活性。理论讨论和数值模拟表明,CDM消除了一阶网格界面反射误差。鉴于高介电常数和高磁导率材料的使用越来越多,预计CDM将对此类材料的建模产生强烈影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁仿真,尤其涉及应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法。


技术介绍

1、在电磁仿真中,时域有限差分方法中的非均匀网格通常用于精细结构的解析,它可以减少计算域,从而降低计算成本。然而,对于部分填充的平行板波导和谐振器等高精度问题,使用不同的网格尺寸会增加不同网格尺寸域边界处的截断误差。为了解决这一问题,本专利技术提出了互补导数方法(cdm)。理论讨论和数值结果表明,cdm可以在整个计算域内保持二阶精度;

2、在以往的算法中,有许多减少网格边界截断误差的不同方法。s.xiao等人引入了两种方法来保持二阶精度:一种方法是在两个区域之间使用适当的网格比例来获得中心有限差分;另一种方法采用连续可变晶格尺寸的通用分级方案,但该方法的有效性尚未得到证实。h.jiang通过在细网格和粗网格之间插入磁场分量来提高计算精度,但不能保证二阶精度。t.namiki在边界处采用高阶隐式格式来减小截断误差。m.okoniewski引入了一种数值推导的三维子网格方案,但对其潜力没有理论限制。


技术实现思路

1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷,而提出的应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法。

2、为了实现上述目的,本专利技术采用了如下技术方案:

3、一种应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法,包括以下步骤:

4、步骤1:构建一个由两个区域组成的计算域,单元格的大小在界面处从δ变为δr=δ',边界作为区域之间的接口;

5、步骤2:构建第二个域,其中网格大小从δ到δr=δ”变化;

6、步骤3:建立互补导数算法,并使用二阶精确插值方法确定网格尺寸的缩减因子。

7、进一步地,步骤1中,具体的:电场和磁场沿轴线的排列,单元格的大小在界面处从δ变为δr=δ';

8、利用泰勒级数展开,将边界两侧的磁场表示为

9、

10、

11、通过(2)减去(1),经过代数处理,把导数h'(x0)写成

12、

13、进一步地,在步骤2中,采用步骤1中同样的方法求磁场的导数h'(x0),其中:

14、对于新的单元格尺寸,写成

15、

16、由式(3)(4)可知,截断误差是一阶的,则:

17、(3)和(4)的算术平均值为

18、

19、作为消去一阶截断误差的充分条件,式(5)右侧的第三项为零,产生了以下等式:

20、

21、进一步地,在步骤3中,利用互补导数算法具体为:

22、将有两个不同的网格大小的计算域,由一个界面分隔,得到了界面处(x=x0)的二阶精确电场e的插值;

23、利用磁场h在和处的对称性:

24、

25、其中,在处有一个磁场h的节点时,在磁场h节点与位置不一致的情况下,利用存在于和的两个节点处的磁场h;

26、其中:x0处的导数由以下差分方案表示:

27、磁场h导数的第一个表达式:使用点和得到

28、

29、磁场h导数的第二个表达式:使用点和得到

30、

31、式(8)和式(9)的算术平均值为

32、

33、

34、其中,消除一阶截断误差,需要

35、δl=δr       (11)。

36、进一步地,确定缩减因子的步骤流程具体为:

37、通过确定用于计算互补导数的两个fdtd单元的数目来实现互补导数的数值;

38、当其中一个h场在单元k1中,而另一个在单元k2中,δl和δr可以写成

39、

40、

41、根据(11)可得

42、

43、将δ'=αδ,其中α定义为单元格大小缩减因子,经过化简后可得

44、

45、则获得单元格大小缩减因子的选择。

46、相比于现有技术,本专利技术的有益效果在于:

47、在基于fdtd的方法中使用非均匀网格时实现二阶精度,此外,cdm可以实现广泛的网格尺寸缩减因子,从而允许比以前更大的网格尺寸灵活性。理论讨论和数值模拟表明,cdm消除了一阶网格界面反射误差。鉴于高介电常数和高磁导率材料的使用越来越多,预计cdm将对此类材料的建模产生强烈影响。

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【技术保护点】

1.一种应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,步骤1中,具体的:电场和磁场沿轴线的排列,单元格的大小在界面处从Δ变为ΔR=Δ';

3.根据权利要求1所述的应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,在步骤2中,采用步骤1中同样的方法求磁场的导数H'(x0),其中:

4.根据权利要求3所述的应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,在步骤3中,利用互补导数算法具体为:

5.根据权利要求4所述的应用FDTD中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,确定缩减因子的步骤流程具体为:

【技术特征摘要】

1.一种应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法,其特征在于,步骤1中,具体的:电场和磁场沿轴线的排列,单元格的大小在界面处从δ变为δr=δ';

3.根据权利要求1所述的应用fdtd中非均匀网格的二阶精确插值方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁从敏闻轶凡
申请(专利权)人:上海慕灿信息科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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