色散介质fdtd方法及其应用研究

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1、延安大学硕士学位论文色散介质FDTD方法及其应用研究专业名称：通信与信息系统作者姓名：常慧指导教师：张玉强分类号：TN928单位代码：10719学号：13095001密级：论文题目：色散介质FDTD方法及其应用研究论文作者：常慧指导教师、职称：张玉强副教授学科、专业名称：通信与信息系统提交论文日期：二〇一六年六月创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得延安大学或其它教育机构的学位

2、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：日期：色散介质FDTD方法及其应用研究通信与信息系统专业研究生常慧指导老师张玉强副教授摘要：基于自然界中色散介质的普遍存在性，以及色散介质电波传播问题在雷达目标散射、生物医学诊疗、电磁探测及光学元件检测等领域的重要性，本文针对色散介质时域有限差分（FiniteDifferenceTimeDomain，FDTD）方法进行了深入研究，并将其应用于色散介质相关电磁问题分析，所做的工作主要包括以下几

3、方面：1、借鉴数字信号处理中信号与系统的时域关系，讨论了色散介质的通用半解析递归卷积（Semi-AnalyticalRecursiveConvolution，SARC）FDTD方法，并推导了基于SARC算法的色散介质UPML吸收边界条件更新公式，最后通过电偶极子源的辐射验证了UPML吸收边界好的吸收效果，通过常见色散介质板反射系数和介质球雷达散射截面的计算验证了SARC-FDTD方法的正确性和通用性。2、将色散介质SARC算法应用到金属光学特性分析。对可见光和红外光波段金属常用的色散介质模型进行总结，并给出极化率函数的统一表达式，针对该表达式推导了适用

4、于金属光学特性分析的通用改进SARC-FDTD方法，最后应用该方法计算了不同色散模型金属铝板反射系数。3、将色散介质SARC算法应用到分层色散介质FDTD分析。从二维Maxwell旋度方程出发，讨论了TE、TM两种模式下斜入射平面波引入的色散介质通用SARC-FDTD修正方法，并推导了基于SARC-FDTD方法的分层色散介质UPML吸收边界条件的更新公式，进而结合理论解研究了通用SARC-FDTD修正方法的斜入射角度适用范围，最后将SARC-FDTD修正方法用于肿瘤组织电磁特性的分析。关键词：色散介质；时域有限差分方法；半解析递归卷积；金属光学特性；分

5、层介质IResearchofdispersiveFDTDmethodandapplicationsAbstractDuetotheuniversalexistenceofdispersivemediainnature,andtheimportanceoftheelectromagneticwavepropagationproblemindispersivemediuminthefieldofradartargetscattering,biomedicaldiagnosis,electromagneticandopticalelementdetectio

6、n,inthepaper,thefinitedifferencetimedomain(FDTD)algorithmfordispersivemediaisstudieddeeply,anditisappliedintotheanalysisofrelevantelectromagneticproblemindispersivemedium,theworkmainlycontainsthefollowing:1、Duetothetime-domainrelationofsignalandsystemindigitalsignalprocessing,ag

7、eneralSARC-FDTDmethodisdiscussedfordispersivemedia,andtheupdatingformulaisderivedforUPMLabsorptionboundaryconditionofdispersivemediabasedonSARCmethod,finally,thegoodabsorbingeffectofUPMLabsorbingboundaryisverifiedbytheradiationofelectricdipolesource,thecorrectnessandtheuniversal

8、ityoftheSARC-FDTDmethodareverifiedbythecalculat