[发明专利]一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法

说明书

本发明公开了一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法，包括：输入模型文件；初始化参数、设置PML系数和吸收边界参数；分别更新计算整个计算区域y方向上和x方向上电场分量系数电场分量系数添加场源到磁场分量系数，并更新计算整个计算区域的磁场分量系数；更新计算整个计算区域的极化电流密度更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量；更新计算观测点处电磁场分量；将q+1赋值给q，并判断拉盖尔多项式的阶数q是否达到预设值，若未达到预设值，返回步骤3；若达到预设值，则结束。本发明的一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法，计算速度快，内存消耗小，且对于低频和凋落波具有很好的吸收效果。

技术领域

本发明属于计算电磁学技术领域，涉及一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法。

背景技术

时域有限差分(Finite-difference time-domain，FDTD)方法因其实现简单，广泛用于色散媒质中对电磁波传播的仿真。但是，它的时间步长受柯西稳定性条件的限制，这限制了FDTD方法在精细结构模型中的应用。为了消除柯西稳定性条件的限制，人们提出了无条件稳定时域有限差分方法，比如：交替方向隐式(Alternating-Direction-Implicit，ADI)的时域有限差分(ADI-FDTD)方法和基于加权拉盖尔多项式的时域有限差分(Weighted-Laguerre-polynomials Finite-difference time-domain，WLP-FDTD)方法。在这些方法中，ADI-FDTD方法在使用较大的时间步长时会产生很大的色散误差，而WLP-FDTD方法既能消除柯西稳定性条件的限制，又能解决ADI-FDTD方法在使用较大的时间步长时会产生很大的色散误差这个难题，因此WLP-FDTD方法被用于求解精细结构模型下的电磁场问题。然而，这种传统的WLP-FDTD方法在求解精细结构的电磁场问题时，会产生一个大型的稀疏矩阵方程，直接求解此方程会使得计算较复杂，计算时间和内存消耗较大。

而由于计算机容量的限制，电磁场的计算只能在有限区域进行。为了能模拟开域电磁波传播过程，必须在计算区域的截断边界处给出吸收边界条件。有人提出了完全匹配层(Perfectly matched layer，PML)吸收边界，后来PML被广泛应用于计算区域的截断，而且被证明是非常有效的，但是研究发现这种传统PML对低频以及凋落波的吸收效果并不理想；使用带有复频率偏移(Complex frequency shift，CFS)因子的PML(CFS-PML)吸收边界可以有效地改善传统PML对低频，凋落波与掠射情况的吸收效果。最近，有人提出了一种使用辅助微分方程的近似完全匹配吸收边界的WLP-FDTD方法，来解色散媒质中的电磁场问题，这种近似完全匹配吸收边界的吸收效果非常差、计算时存在误差，而且此算法计算时间长、内存消耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法，计算速度快，内存消耗小，且对于低频和凋落波具有很好的吸收效果。

本发明所采用的技术方案是：一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法，包括以下步骤：

步骤1，输入模型文件；