多层/多孔材料在特定几何剖分下电磁时域有限差分法的散射分析

来源：电子与信息学报杂志2025年第11期北京时间：

作者：张玉贤, 杨子江, 黄志祥, 冯晓丽, 冯乃星, 杨利霞

单位：1.安徽大学电子信息工程学院 合肥 2306012.安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室 合肥 2306013.安徽大学光电信息获取与防护技术全国重点实验室 合肥 2306014.安徽大学集成电路先进材料与技术产教研融合研究院 合肥 230601

摘要：时域有限差分法(FDTD)作为计算介质电磁特性的有效方法，往往受到模型结构及其网格剖分的预处理限制。为了探究多层/多孔材料的电磁散射特性问题，提高电磁仿真的计算效率，该文提出一种基于FDTD的电磁分析加速方案。通过计算几何算法来快速完成复杂材料的Yee网格划分，由三维体素数组定义材料构建分布矩阵与电磁分量的统一排布，针对体素数据的特点实现了非解析几何介质的雷达散射截面的高效计算。现今大多数体网格剖分需要解析公式来描述几何体，该文开创性地将射线求交法与有向距离相结合，并通过切平面与交点计算减少网格生成过程中的无效遍历、降低几何运算复杂度，加速实现多孔非解析几何体的电磁参数网格化定义。该文设计了3种关于多层/多孔材料的时域电磁分析场景，计算了这些场景在不同条件下的雷达散射截面。与主流电磁仿真软件任意复杂电磁场计算(FEKO)、计算机仿真技术(CST)和高频结构仿真软件(HFSS)的计算相比，该方法的计算数据呈现出高度的吻合性，表现出了优越的效率。电磁分析加速方案拓展了使用FDTD进行电磁仿真的介质结构及材料类型，在保证计算精度的前提下显著节省了计算时间与内存，为体网格剖分加速和内部结构处理提供了新的研究思绪。

关键词：电磁散射问题, 时域有限差分法, 网格剖分, 多层/多孔材料

基金资助：国家自然科学基金(62101333, 62531001)，2024年安徽省高校理工科教师赴企业挂职实践计划项目(2024jsqygz02)，2024年安徽省研究生教育质量工程任务(2024cxcyjs004)