[發明專利]一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法

有效

• 申請號: 201710205431.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107016184B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 席曉莉;方云;蒲玉蓉;劉江凡;趙雨辰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 成丹

本發明公開了一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法，包括：輸入模型文件；初始化參數和設置參數；添加場源到y方向上的電場分量系數中，設置電場分量系數記為初始場值更新計算整個計算區域的y方向上電場分量系數更新計算整個計算區域的x方向上電場分量系數判斷迭代次數k是否達到預設值；更新計算整個計算區域的磁場分量系數更新計算整個計算區域的極化電流密度系數更新計算整個計算區域的電磁場分量系數的輔助變量；更新計算觀測點處的電磁場分量；判斷拉蓋爾多項式的階數q是否達到預設值。本發明一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法，計算精度高、計算速度快，且對于低頻和凋落波具有很好的吸收效果。

技術領域

本發明屬于計算電磁學技術領域，具體涉及一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法。

背景技術

時域有限差分(Finite-difference time-domain，FDTD)方法因其計算簡單、容易實現等優點，被廣泛用于色散媒質的電磁波傳播的仿真中。但是，它的時間步長受柯西穩定性條件的限制，不能選取的較大，在多尺寸復雜精細結構模型中，FDTD方法計算速度慢，計算效率低。為了消除柯西穩定性條件的限制，人們提出了無條件穩定時域有限差分方法，比如：交替方向隱式(Alternating-Direction-Implicit，ADI)的時域有限差分(ADI-FDTD)方法和基于加權拉蓋爾多項式的時域有限差分(Weighted-Laguerre-polynomials Finite-difference time-domain，WLP-FDTD)方法。在這些方法中，ADI-FDTD方法在使用較大的時間步長時會產生很大的色散誤差，而WLP-FDTD方法既能消除柯西穩定性條件的限制，又能解決ADI-FDTD方法在使用較大的時間步長時會產生很大的色散誤差這個難題，因此WLP-FDTD方法可以高效的求解等離子體中的電磁問題。然而，這種WLP-FDTD方法在求解電磁場過程中，會產生一個大型的稀疏矩陣方程，直接求解此方程會使得計算較復雜，內存消耗較大，于是提出了一種因式分裂的WLP-FDTD方法，該方法在計算速度和計算效率上得到了較大的提高，但是由于該方法是通過添加微擾項，進行因式分裂得來的，計算中會產生分裂誤差，為了減小分裂誤差、提高計算精度，同時保證較快的計算速度，提出了一種迭代的加權拉蓋爾多項式時域有限差分方法。

而由于計算機容量的限制，電磁場的計算只能在有限區域進行。為了能模擬開域電磁波傳播過程，必須在計算區域的截斷邊界處給出吸收邊界條件。有人提出了完全匹配層(Perfectly matched layer，PML)吸收邊界，后來PML被廣泛應用于計算區域的截斷，而且被證明是非常有效的，但是研究發現這種傳統PML對低頻以及凋落波的吸收效果并不理想；使用帶有復頻率偏移(Complex frequency shift，CFS)因子的PML(CFS-PML)吸收邊界可以有效地改善傳統PML對低頻，凋落波與掠射情況的吸收效果。最近，有人提出了一種使用輔助微分方程的近似完全匹配吸收邊界的WLP-FDTD方法，來解色散媒質中的電磁場問題，這種近似完全匹配吸收邊界的吸收效果非常差、計算時存在誤差，而且此算法計算時間長、內存消耗較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法，計算速度快、內存消耗小、精度高，且對于低頻和凋落波具有很好的吸收效果。

本發明所采用的技術方案是，一種二維高精度迭代的非磁化等離子體中的實現方法，按照以下步驟實施：

步驟1：輸入模型文件；

步驟2：初始化參數和設置參數；

步驟3：添加場源到y方向上的電場分量系數中，設置電場分量系數記為初始場值

步驟4：更新計算整個計算區域的y方向上電場分量系數

步驟5：更新計算整個計算區域的x方向上電場分量系數