圆柱共形微带天线快速时域算法研究

采用传统时域有限差分（FDTD）方法对圆柱共形微带天线进行模拟，其时间步长受天线基片处网格尺寸的限制，计算效率较低。针对这一问题，本课题拟采用混合显-隐式差分技术，构造一种时间步长只由两个方向空间网格长度决定的快速FDTD方法，研究该方法的时间稳定性以及数值色散特性，解决该方法的原点奇异性问题，完成该方法吸收边界的设置。初步研究表明：采用该方法对圆柱共形微带天线进行模拟，可克服时间步长受天线基片处网格尺寸限制的缺点，具有较高的计算精度和计算效率，且具有编程简单、易于实现的优点。该课题的研究不仅可用于圆柱共形微带天线的快速分析与设计，还可用于其它沿一个方向具有精细结构的时域电磁问题的快速精确模拟，可推动我国具有自主知识产权的数值模拟软件的发展。

针对传统时域有限差分（FDTD）方法在模拟圆柱共形微带天线时，其时间步长受天线基片处精细网格尺寸限制这一问题，研究了一种时间步长与r方向网格长度无关的快速FDTD方法。研究内容包括：构建了该方法的基本方程，推导了该方法的时间稳定性条件，分析了该方法的数值色散特性, 完成了该方法的连接边界、吸收边界和理想导体边界的设置，解决了该方法的原点奇异性问题。研究结果表明：采用快速FDTD方法对圆柱共行微带天线进行模拟，可克服时间步长受天线基片处网格尺寸限制的问题，其计算结果与传统FDTD方法的计算结果和实测结果基本一致，而计算效率远高于传统FDTD方法，可达到传统FDTD方法的10倍左右。该项研究为圆柱共形微带天线的分析提供了一套快速有效的数值模拟方法，其研究成果不仅可用于圆柱共形微带天线的设计，还可用于其它沿一个方向具有精细结构的时域电磁问题的快速精确模拟。项目共在IEEE Transactions on Antennas and Propagation、IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Applied Physics Letters等国际权威期刊发表论文22篇，其中SCI检索18篇，申请专利3项，研究成果远远超过了项目的预期目标。