1.一种二维等离子体中扩展坐标的完全匹配吸收边界的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,输入模型文件;
输入的模型文件具体为:计算区域大小Nx×Ny,其中Nx为x方向的网格数,Ny为y方向的网格数;空间步长Δη,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与等离子体频率ωp;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κηmax,αηmax,σηmax;κηmax取整数,κηmax取值范围为[1,60];αηmax取值范围为[0,1);σηmax/σopt取值范围为(0,12];仿真计算时长Tf;加权拉盖尔多项式的阶数p,p≥0且为整数;时间尺度因子s,s取值范围为
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[10,10 ];观测点;场源参数;
步骤2,初始化参数以及设置参数;
初始化的参数具体包括: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( 和 其中 表示Ex,Ey,Hz,η=x,y)和拉盖尔多项式( 其中 )全部初始化为零;
PML系数(C1η,C2η)初始化为C1η=1/(1+0.5ε0s),C2η=1;式中,ε0是空气中的介
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电常数,s为时间尺度因子,取值为[10,10 ];
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:m m
ση=σηmax|η-η0|/d;
m m
κη=1+(κηmax-1)|η-η0|/d;
αη=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,κηmax取整数,κηmax取值范围为[1,60];αηmax取值范围为[0,1);σηmax根据σopt来设置,σηmax/σopt取值范围为(0,12];σopt=(m+1)/150πΔη,m取值范围为[1,20],其中m取值为4时边界的吸收效果最好,Δη取值范围 λ为源的波长;
设置PML系数C1η,C2η;具体为:C1η=1/(κηαη+ση+0.5κηε0s);
C2η=(2αη/ε0s+1);
步骤3,添加场源到磁场分量系数中,并更新计算整个计算区域磁场分量系数所述场源的表达式为:
Imz(t)=(t-t0)/τ×exp(-(t-t0)2/τ2);
步骤4,更新计算整个计算区域的电场分量系数 具体更新公式为:式中,
步骤5,更新计算整个计算区域的中间变量的系数 具体按照以下公式进行更新计算:
步骤6,更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量,即计算 和具体按照以下公式进行更新计算:
步骤7,计算观测点处的电磁场分量,即计算Ex、Ey和Hz;具体按照以下公式更新计算:p
上式中U表示电磁场分量Ex,Ey,Hz,U表示p阶电磁场分量系数, 是p阶加权拉盖尔多项式, 是带有时间尺度因子s>0的扩展时间, 是p阶拉盖尔多项式;
步骤8,将p+1赋值给p,并判断p是否达到预设值,若p未达到预设的值,则返回步骤
3;若p达到预设的值时,则结束。
2.根据权利要求1所述的一种二维等离子体中扩展坐标的完全匹配吸收边界的实现方法,其特征在于,步骤3具体为:步骤3.1,按照以下公式计算某些网格的磁场分量系数:式中,C3=ε0/μ0,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,根据步骤3.2中的公式,将整个计算区域的磁场分量系数写成矩阵方程形式: 式中A表示矩阵系数, 表示整个计算区域的第p阶的磁p-1
场分量系数,β (r)表示整个计算区域在p-1阶的变量,p-1阶的变量包括电磁场分量系数的和,中间变量系数的和,辅助变量;
步骤3.3,通过矩阵求逆的方式求解矩阵方程 得到整个计算区域的磁场分量系数