[发明专利]一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法

摘要

本发明公开了一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法，具体为：步骤1、输入模型文件；步骤2、初始化和设置步骤1模型文件参数；步骤3、利用步骤2参数计算电场分量系数步骤4、利用步骤2参数计算电场分量系数步骤5、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数，计算磁场分量系数步骤6、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数，计算中间变量系数步骤7、更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量；步骤8、更新计算观测点处的电磁场分量；步骤9、将q+1赋值给q，并判断q是否达到预设值，若未达到预设值，则返回步骤3，若达到预设值，则结束。本发明计算速度快，内存消耗小，且对于低频和凋落波具有很好的吸收效果。

主权项

1.一种等离子体中使用辅助微分方程完全匹配层的实现方法，其特征在于，具体按照以下步骤：步骤1、输入模型文件；具体输入的参数包括：计算区域大小N_x×N_y，其中N_x为x方向网格数，N_y为y方向网格数；空间步长Δη，其中η＝x，y，x为横坐标，y为纵坐标；时间步长Δt；真空中的电导率σ、磁导率μ₀、介电常数ε₀；等离子体中的碰撞频率υ；等离子体频率ω_p；等离子体在计算区域中的位置；吸收边界层数NPML与相关参数κ_ηmax，α_ηmax，σ_ηmax，其中κ_ηmax取整数，κ_ηmax取值范围为[1，60]，α_ηmax取值范围为[0，1)，σ_ηmax/σ_opt取值范围为(0，12]，σ_opt＝(m+1)/150πΔη，m取值范围为[1，20]，Δη取值范围为λ为源的波长；仿真计算时长T_f；加权拉盖尔多项式的阶数q，其中q≥0且为整数；时间尺度因子s，其中s取值范围为[10⁹,10¹³]；观测点；场源参数T_c，T_d；步骤2、初始化和设置步骤1模型文件的参数；初始化和设置步骤1模型文件的参数，具体为：初始化参数具体为：将整个计算区域的电磁场分量系数整个计算区域的中间变量系数整个计算区域的电磁场分量系数的和整个计算区域的中间变量系数的和整个计算区域的辅助变量h^q‑1(F_ζη)和其中F_ζ表示E_x,E_y,H_z，η＝x，y、拉盖尔多项式全部初始化为零；PML系数(C1η，C2η，C3)初始化为C1η＝1/(1+0.5ε0s)，C2η＝1，C3＝ε0/μ0；设置的参数具体包括：设置CFS‑PML吸收边界的参数ση,κη,αη，具体为：ση＝σηmax|η‑η0|m/dmκη＝1+(κηmax‑1)|η‑η0|m/dmαη＝αηmax式中，η＝x,y，η0为PML层与非PML截面位置，d是PML吸收边界的厚度；设置PML系数C1η，C2η，具体为：C1η＝1/(κηαη+ση+0.5κηε0s)，C2η＝(2αη/ε0s+1)；步骤3、添加场源到y方向上的电场分量系数中，并利用步骤2的参数更新计算整个计算区域y方向上电场分量系数添加场源到y方向上的电场分量系数中，并利用步骤2的参数更新计算整个计算区域y方向上电场分量系数具体为：添加场源的表达式为：式中，Tc，Td为场源参数；步骤3.1、利用步骤2的参数计算电场分量系数在计算区域的方程为：式中，i表示横坐标上的第i个计算网格，j表示纵坐标上的第j个计算网格；步骤3.2、使用追赶法求解步骤3.1的方程，得到整个计算区域y方向上的电场分量系数步骤4、利用步骤2的参数更新计算整个计算区域的x方向上电场分量系数利用步骤2的参数更新计算整个计算区域x方向上电场分量系数具体为：步骤4.1、利用步骤2的参数计算电场分量系数在计算区域的方程为：步骤4.2、使用追赶法求解步骤4.1的方程，得到整个计算区域x方向上的电场分量系数步骤5、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数，更新计算整个计算区域的磁场分量系数步骤6、利用步骤3和步骤4所得电场分量系数，分别更新计算整个计算区域的中间变量的系数步骤7、更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量；步骤8、更新计算观测点处的电磁场分量；步骤9、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，则返回步骤3，若达到预设值，则结束。