[发明专利]电磁场在波导中传播的离散傅里叶逆变换解析验证方法

摘要

本发明属于计算电磁学技术领域，具体涉及在波导结构仿真计算过程中的电磁场在波导中传播的离散傅里叶逆变换解析验证方法。本发明通过修正离散傅里叶逆变换解析验证方法中波导传播常数的计算式，修正了当信号频率小于截止频率时电磁波随着在波导内传播其幅值无限增长的错误，给出了适用于描述波导内任何频率范围的完备解析验证方法。

主权项

1.电磁场在波导中传播的离散傅里叶逆变换解析验证方法，具体步骤如下：步骤1、设定时域信号p(t)及端口模式分布eT(x,y)，设定三个方向的网格步长Δx、Δy、Δz，时间步长Δt及总时间步数Nt，在波导端口上加载信号：ET(x,y,z＝zsrc,t)＝eT(x,y)p(t)    (1)其中，T代表横向分量，zsrc为波导端口面位置。采用时域有限差分法对所模拟的波导进行仿真计算得到波导内的电磁场幅值；步骤2、修正波导的传播常数为γ＝jω/c(1‑(λ/λC)2)1/2·sign(λC‑λ)     (2)其中，j为虚数单位，c为光速，λC为波导截止波长，λ为信号频谱中对应频率ω的波长，sign()为符号函数进而得到波导内部任意横截面的场分布在频域内的表达式其中P(ω)为时域信号p(t)的频谱，G(ω)为波导转换函数G(ω)＝exp(‑γz)＝exp(‑jω/c(1‑(λ/λC)2)1/2·sign(λC‑λ)·z)    (5)步骤3、将步骤2所得的时域信号频谱P(ω)和波导转换函数G(ω)进行离散化得到其离散表达式P[m]、G[m]，m＝2πΔf，Δf＝1/(NtΔt)；步骤4、通过离散傅里叶逆变换得到波导内部任意横截面电磁场的离散时域幅值其中，[n_x,n_y,n_z]为网格编号，表示电场位置(n_xΔx,n_yΔy,n_zΔz)，n表示第n个时间步长，为离散傅里叶逆变换；步骤5、对步骤1时域有限差分法仿真计算得到的电场幅值与步骤4得到的解析电场幅值进行比较，从而对时域有限差分的仿真计算结果进行验证。