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一维等离子体非分裂场PML吸收边界条件研究

2013-10-09郑召文杨利霞蔡志超施卫东

江苏大学学报(自然科学版) 2013年2期

郑召文,杨利霞,,蔡志超,孔 娃,施卫东

(1.江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;2.江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013)

用FDTD方法仿真开域的电磁散射时受到计算机容量的制约,因此在计算区域的截断边界处必须给出吸收边界条件.Taylor等首次提出用吸收边界来吸收外向行波,当时采用的吸收边界为简单插值方法,G.Mur[1]提出了在计算区域截断边界处的一阶和二阶吸收边界条件,把这种方法称为Mur边界,这是一种比较有效的吸收边界.J.P.Bérenger[2]提出了将麦克斯韦方程扩展为场分裂形式的完全匹配层(PML),Z.S.Sacks等[3-5]提出了单轴各向异性介质的PML(UPML).吸收边界的效果越来越好,应用的范围也越来越广泛.

S.A.Cummer[5]提出了近似完全匹配层(nearly perfectly matched layer,NPML)吸收边界,经Hu Wenyi等[6]证实NPML是一种完全匹配层吸收边界.该吸收边界相对于分裂场的PML吸收边界简单,有重要的应用价值,尤其在截断色散介质方面相对于UPML吸收边界简单而易于实现.笔者通过直接对麦克斯韦方程组中空间变量的坐标拉伸,而且不需要对辅助方程引入额外变量,使辅助方程在吸收边界中具有和介质中相同的迭代式,从而使编程过程更为简洁.杨利霞等[7]研究了一般介质三维非分裂场的NPML吸收边界,验证了NPML吸收边界的正确性.杨利霞等[8]给出了计算磁化等离子体电磁散射的理论公式的推导,在此基础上,笔者推导基于截断色散磁化等离子体介质的NPML吸收边界,同时通过与解析解进行对比,验证该吸收边……

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