ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СРЕДЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ НА СМЕЩЕННЫХ СЕТКАХ
Скубачевский А. А.

Московский физико-технический институт, http://mipt.ruu
141700 Долгопрудный, Московская облаcть, Российская Федерация
antonious007@yandex.ru

Поступила в редакцию 28.03.2016

Аннотация. Метод численного решения системы уравнений Максвелла конечными разностями на смещенных сетках – Finite Difference Time Domain (FDTD) второго порядка аппроксимации, известный также как Yee algorithm, был использован для создания пакета программного обеспечения для моделирования распространения электромагнитных волн в неграфической дисперсионной среде с условием устойчивости Куранта. Описаны основные преимущества этого метода. Получены разностные выражения для уравнений Максвелла для 2D и 3D случаев. Рассмотрены различные граничные условия – периодические, отражающие и поглощающие. Приведены численные уравнения для поглощающих граничных условий (PML). Неоднородная среда также входит в модель, показаны примеры работы созданной программы в ней. В качестве источников рассмотрены гармоничный источник, гауссиан и плоская волна. Плоская волна промоделирована с помощью техники Total Field-Scattered Field (TFSF). Тестовые расчеты сделаны для гармонических источников, для рупорной антенны и для плоской волны, распространяющейся через проводники различных проводимостей и через диэлектрики. Программа показала достаточную надежность в работе и широкие возможности для дальнейшего развития.

Ключевые слова: уравнения Максвелла, алгоритм Йи, электромагнитные волны, TM-, ТЕ-волны, алгоритм хорошо сопряженных слоев (PML), техника полного поля/рассеянного поля (TFSF)

УДК 517.9

Библиография – 5 ссылок

РЭНСИТ, 2016, 8(1):73-80 DOI: 10.17725/rensit.2016.08.073

ЛИТЕРАТУРА

Taflove A, Hagness S. Computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method (3d ed.) London, Artech House, 2005.
Yee Kane. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1966, 14 (3):302–307.
Rumpf RC, Garcia CR, Berry EA, Barton JH. Finite-Difference Frequency-Domain Algorithm for Modeling Electromagnetic Scattering from General Anisotropic Objects. PIERS B, 2014, 61:55-67.
Holland R, Williams J. Total-field versus scattered-field finite-difference Codes: A Comparative Assessment. IEEE Trans. Nuclear Science, 1983, 30(6):4583-4588, DOI: 10.1109/TNS.1983.4333175.
Berenger J-P. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves. J. Computational Physics, 1994, 114(2):185-200.

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/189/8(1)-73-80.pdf