一种基于新型面中心网格结构的时域电磁计算方法及其边界条件

近期，国际知名期刊《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》以“A Performance-Enhanced Absorbing Boundary Condition for FDTD Methods on Face-Centered Cubic Grids”为题发表了北京航空航天大学电磁安全团队的最新研究成果。团队提出了一种基于新型面中心网格结构的时域电磁计算方法及其边界条件，实现了对时域强场电磁兼容问题以及生物电磁能量吸收问题的高精度计算。

针对传统FDTD算法在求解瞬态强场电磁问题，如电磁脉冲传播过程、电磁场对于生物体的辐射等，采用基于面中心网格的高精度时域电磁计算方法提升计算精度。为基于有限的计算内存，模拟电磁波的长时间的传播过程，本论文借助辅助偏微分方程，在伸缩坐标系中开发了基于辅助偏微分方程的卷积吸收边界条件。

对比无界区域的计算结果，本论文所提方法反射误差低于-70dB，证明该吸收边界可以有效吸收电磁波。 利用该方法可实现强电磁脉冲在自由空间和含介质空间中传播过程的精准预测、电磁波在理想金属导体表面的爬行波、以及手机在使用900MHz进行通信时，人脑模型吸收的电磁能量。

通过对比传统的时域电磁计算方法，本论文所提方法在多种实际电磁问题中获得了较高的计算精度，方法在强电磁效应分析和生物电磁效应计算领域有广泛应用前景和价值。

吸收边界网格示意图1

强电磁脉冲传播过程示意

手机通信时，人脑模型吸收的电磁能量分布





审核编辑：刘清