【摘 要】
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近几十年来,频域方法例如有限元方法一直受到计算电磁学研究者们的关注,此类方法可快速地计算得到准确的电磁结果。但是在针对目标的宽频带特性需求的时候,频域方法需要重复计算很多频点,而时域方法可以很好的解决这一问题。然而传统的时域有限元在每次时间步中需要求解一个大型的系数矩阵方程组,因此引入不连续的数值流的时域间断伽辽金方法是一个很好的研究方向。时域间断伽辽金法是间断伽辽金方法和时域有限元法的结合。该方
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近几十年来,频域方法例如有限元方法一直受到计算电磁学研究者们的关注,此类方法可快速地计算得到准确的电磁结果。但是在针对目标的宽频带特性需求的时候,频域方法需要重复计算很多频点,而时域方法可以很好的解决这一问题。然而传统的时域有限元在每次时间步中需要求解一个大型的系数矩阵方程组,因此引入不连续的数值流的时域间断伽辽金方法是一个很好的研究方向。时域间断伽辽金法是间断伽辽金方法和时域有限元法的结合。该方法可获得具有小维度的质量矩阵,每个小矩阵代表一个空间单元,因此具有天然的并行特性。本文基于麦克斯韦旋度方程,在空间上使用较为灵活的四面体网格单元,在基函数选择上使用矢量叠层基函数,在时间步进上选用蛙跳方法。根据单元分界面处引入的数值流不同,时域间断伽辽金方法可分为中心通量时域间断伽辽金方法和迎风通量时域间断伽辽金方法,并比较了迎风通量和中心通量的优缺点。其次本文提出了使用快速排序方法来解决四面体网格前处理映射关系,大大减少了前处理准备时间。对于微波波导的计算,本文引入了总场/散射场边界条件来引入模式激励,采用单轴各向异性完全匹配层作为吸收边界条件,并在匹配层的最外层加入一阶吸收边界条件来更好的吸收入射波。此外本文探讨研究了波导模式在激励面处的场分布,引入了同轴端口和矩形端口,以及对单轴完全匹配层特性作了研究和验证,其次验证讨论了端口散射参数提取方法。随着计算规模的不断增大,内存需求越来越大,同时对计算时间的要求也越来越高。并行技术可用来解决这个问题。因此将时域间断伽辽金方法进行并行设计,以便求解大规模电磁问题。本文利用MPI技术来实现时域间断伽辽金方法程序的并行,同时对该方法的并行设计过程做了详细的介绍。最后通过算例验证了并行程序的正确性和有效性。
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