毫米波通信研究：FDTD与TDFEM电磁数值计算方法

"这篇博士学位论文深入探讨了时域有限差分(FDTD)方法和时域有限元(TDFEM)方法在电磁数值计算中的应用，特别是在处理含有磁化铁氧体球的微带环行器结构时遇到的问题及解决方案。论文还涉及了改良的矩阵^(Modified Matrix Pencil, MMP)方法、最小二乘的支持向量机(Least-Square Support Vector Machines, LSSVM)方法的使用，以及粒子群优化算法(PSO)在参数优化中的作用。此外，论文提出了将短开路校准(SOC)技术与FDTD方法结合的方法，以提高分析微带不连续性结构的精度和效率。最后，论文还讨论了无条件稳定的三维交替方向隐格式FDTD(ADI-FDTD)方法的时间步长选取问题和数值色散误差。" 本文的研究重点在于人工智能和机器学习领域中的电磁数值计算方法。首先，作者基于磁矩进动方程和麦克斯韦旋度方程，构建了用于计算包含铁氧体材料电磁场的数学模型，采用三维FDTD方法分析了带有磁化铁氧体球的微带环行器结构。然而，FDTD方法在模拟此类结构时会出现后期时域波形发散的问题。为解决这一问题，论文引入了MMP方法和LSSVM方法对早期稳定时域波形进行外推，确保计算的稳定性。通过粒子群优化算法(PSO)优化LSSVM的参数，提高了算法的鲁棒性。 其次，论文提出了将短开路校准(SOC)技术应用于FDTD方法，以消除电压源近似和微带线传输过程中产生的寄生误差，从而提升计算效率和准确性。这种方法在分析三维微带不连续性和有限周期结构时，只需要计算一个周期单元就能获取整个结构的散射参数，显著减少了计算负担。 最后，论文还关注了无条件稳定的ADI-FDTD方法。虽然这种方法允许更大的时间步长，但随之而来的是数值色散误差的增加，这是未来研究需要进一步解决的问题。 这篇论文在人工智能和机器学习的背景下，详细研究了电磁数值计算中的关键算法和技术，并提出了解决实际问题的新方法，对于电磁领域的研究者和工程师具有重要的参考价值。