基于FDTD方法的泄漏同轴电缆辐射场的研究

论文摘要

本文的主要工作是对于泄漏同轴电缆的辐射场进行时域有限差分(FDTD)研究,用FDTD方法求解和仿真了泄漏同轴电缆在自由空间中的辐射场,总结其求解过程,为在闭域空间中泄漏同轴电缆辐射场的FDTD计算提供理论基础。目前针对于泄漏同轴电缆辐射场的研究比较多的是依靠等效磁流、并矢格林函数、麦克斯韦方程等传统的解析法,但是这些方法由于采用了大量的理想化模型和近似化计算,其过程十分繁琐、结果不准确。FDTD方法凭借其原理简单、时域直观和占用内存少等优点为泄漏同轴电缆辐射特性的求解提供了一个有效方法。本文另一个主要内容就是将Z变换与FDTD方法相结合,用以计算电磁波在复杂色散媒质中的传播,经验证,此方法与原来各种方法相比较具有实现简单、程序通用性强等优点。同时,本文还将此方法用于FDTD的PML实现中,也起到了很好的吸收效果。本文还简单介绍了泄漏同轴电缆的一些基本理论,如泄漏同轴电缆的结构和分类及其一些电气特性指标;同时,还简单阐述了FDTD方法的原理及关键技术等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 泄漏同轴电缆简介
• 1.2 FDTD方法简介及特点
• 1.3 论文安排
• 第2章 泄漏同轴电缆基本理论
• 2.1 泄漏同轴电缆的结构
• 2.2 泄漏同轴电缆的分类
• 2.2.1 耦合型泄漏同轴电缆
• 2.2.2 辐射型泄漏同轴电缆
• 2.3 泄漏同轴电缆的主要电气特性指标
• 2.3.1 使用频带
• 2.3.2 耦合损耗
• 2.3.3 传输损耗
• 2.3.4 耦合损耗和辐射损耗的关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 时域有限差分方法理论
• 3.1 FDTD方程
• 3.1.1 标量Maxwell方程
• 3.1.2 FDTD迭代方程
• 3.2 FDTD的数值理论
• 3.3 吸收边界条件
• 3.3.1 非材料吸收边界条件
• 3.3.2 材料吸收边界条件
• 3.4 激励源的类型和设置
• 3.5 近—远场外推
• 3.5.1 频域近—远场变换
• 3.5.2 时域近—远场变换
• 3.6 FDTD实例
• 3.7 本章小结
• 第4章 Z变换在FDTD方法中的应用
• 4.1 Z变换应用于色散媒质FDTD计算
• 4.1.1 Z变换方法
• 4.1.2 应用Z变换推导色散媒质中的FDTD迭代公式
• 4.1.3 仿真结果
• 4.2 Z变换改进PML吸收边界方法
• 4.2.1 实现PML介质层参数要求
• 4.2.2 使用Z变换实现二维PML参数设定
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于FDTD法的泄漏同轴电缆辐射场的研究
• 5.1 圆柱坐标系下的FDTD公式
• 5.2 圆柱坐标系下PML表达式
• 5.3 用FDTD方法求解泄漏同轴电缆辐射场的步骤
• 5.4 仿真结果及性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢