×

色散波导中二维电磁波传播时域PMLS的收敛性分析。 (英语) Zbl 1522.35491号

摘要:本文致力于分析色散波导中二维电磁波传播的广义完全匹配层(PML)。在频率相关介电常数和磁导率的一般假设下,我们证明了均匀波导中的收敛估计,并表明PML误差随吸收参数和吸收层长度呈指数下降。从数值和解析两方面研究了这种误差估计的最优性。最后,我们证明了当波导包含远离吸收层的异质性时,即使是非色散介质,也可能发生不稳定性。数值实验证明了我们的发现。

MSC公司:

35Q61问题 麦克斯韦方程组
35升05 波动方程
78A40型 光学和电磁理论中的波和辐射
78A50型 光学和电磁理论中的天线、波导
65平方米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
78M10个 有限元、伽辽金及相关方法在光学和电磁理论问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] S.Abarbanel和D.Gottlieb,PML方法的数学分析。J.计算。物理学。134 (1997) 357-363. ·Zbl 0887.65122号 ·doi:10.1006/jcph.1997.5717
[2] S.Abarbanel、D.Gottlieb和J.S.Hesthaven,平流声学的井位完美匹配层。J.计算。物理学。154 (1999) 266-283. ·Zbl 0947.76076号 ·doi:10.1006/jcph.1999.6313
[3] S.Abarbanel、D.Gottlieb和J.S.Hesthaven,计算弹性磁学中完全匹配层方程的长时间行为,J.Sci。计算。17 (2002) 405-422. ·Zbl 1005.78014号 ·doi:10.1023/A:1015141823608
[4] D.Appelö,T.Hagstrom和G.Kreiss,双曲线系统的完美匹配层:一般公式,适定性和稳定性。SIAM J.应用。数学。67 (2006) 1-23. ·Zbl 1110.35042号 ·数字对象标识代码:10.1137/050639107
[5] S.Asvadurov、V.Druskin、M.N.Guddati和L.Knizhnerman,关于PML的最佳有限差分逼近。SIAM J.数字。分析。41(2003)287-305·Zbl 1047.65063号 ·doi:10.1137/S0036142901391451
[6] N.Baara,J.Diaz和M.Tlemcani,色散波方程非局部PML的时域分析和局部化。J.计算。物理学。445 (2021) 18. ·Zbl 07515876号
[7] D.H.Baffet、M.J.Grote、S.Imperiale和M.Kachanovska,波动方程完美匹配层的能量衰减和稳定性。科学杂志。计算。81 (2019) 2237-2270. ·Zbl 1447.35304号 ·doi:10.1007/s10915-019-01089-9
[8] J.-P.Berenger,吸收电磁波的完美匹配层。J.计算。物理学。114 (1994) 185-200. ·Zbl 0814.65129号
[9] J.-P.Berenger,电磁波吸收的三维完美匹配层。J.计算。物理学。127 (1996) 363-379. ·Zbl 0862.65080号 ·doi:10.1006/jcph.1996.0181
[10] J.P.Berenger,波-结构相互作用问题FDTD解的改进PML。IEEE传输。天线传播。45 (1997) 466-473. ·数字对象标识代码:10.1109/8.558661
[11] E·Bécache和P·Joly,《关于麦克斯韦方程Bérenger完美匹配层的分析》。M2AN数学。模型。数字。分析。36 (2002) 87-119. ·Zbl 0992.78032号 ·doi:10.1051/m2an:20004年
[12] E.Bécache和M.Kachanovska,一类各向异性色散模型的稳定完美匹配层。第一部分:稳定性的充分必要条件。ESAIM数学。模型。数字。分析。51 (2017) 2399-2434. ·Zbl 1454.78010号 ·doi:10.1051/m2安/2017019
[13] E.Bécache和M.Kachanovska,波导波动方程时域完全匹配层的稳定性和收敛性分析。SIAM J.数字。分析。59 (2021) 2004-2039. ·Zbl 1493.65142号 ·数字对象标识代码:10.1137/20M1330543
[14] E.Bécache,S.Fauqueux和P.Joly,完全匹配层的稳定性,群速度和各向异性波。J.计算。物理学。188 (2003) 399-433. ·Zbl 1127.74335号 ·doi:10.1016/S0021-9991(03)00184-0
[15] E.Bécache、P.Petropoulos和S.Gedney,《关于未分裂完美匹配层的长期行为》。IEEE传输。天线传播。52(2004)1335-1342页·Zbl 1368.78159号 ·doi:10.1109/TAP.2004.827253
[16] E.Bécache、P.Joly和M.Kachanovska,强背景磁场中冷等离子体的稳定完美匹配层。J.计算。物理学。341 (2017) 76-101. ·Zbl 1376.78003号 ·doi:10.1016/j.jcp.2017.03.051
[17] E.Bécache、P.Joly和V.Vinoles,关于一类色散介质的完美匹配层的分析以及负折射率超材料的应用。数学。计算。87 (2018) 2775-2810. ·Zbl 1404.35427号 ·网址:10.1090/com/3307
[18] A.S.Bonnet-Ben-Dhia、P.Ciarlet Jr.和C.M.Zwölf,具有符号位移系数的材料中的时间谐波衍射问题。J.计算。申请。数学。234 (2010) 1912-1919. ·Zbl 1202.78026号 ·doi:10.1016/j.cam.2009.08.041
[19] M.Cassier、P.Joly和M.Kachanovska,色散电磁波的数学模型:概述。计算。数学。申请。74 (2017) 2792-2830. ·Zbl 1397.78004号
[20] A.Chern,无反射离散完美匹配层。J.计算。物理学。381 (2019) 91-109. ·Zbl 1451.65132号 ·doi:10.1016/j.jcp.2018.12.026
[21] K.S.Cole和R.H.Cole,电介质中的色散和吸收I.交流特性。化学杂志。物理学。9 (1941) 341-351.
[22] F.科利诺,傍轴方程的完美匹配吸收层。J.计算。物理学。131 (1997) 164-180. ·Zbl 0866.73013号 ·doi:10.1006/jcph.1996.5594
[23] F.Collino和P.B.Monk,优化完美匹配的层。计算。方法应用。机械。工程164(1998)157-171·Zbl 1040.78524号 ·doi:10.1016/S0045-7825(98)00052-8
[24] F.Collino和C.Tsogka,pml吸收层模型在各向异性非均匀介质中线性弹性动力学问题中的应用。《地球物理学》66(2001)294-307·数字对象标识代码:10.1190/1.1444908
[25] T.J.Cui、D.R.Smith和R.Liu,超材料:理论、设计和应用。施普林格(2010)。 ·doi:10.1007/978-1-4419-0573-4
[26] S.A.Cummer,负折射率材料中的完美匹配层行为。IEEE天线导线。传播。莱特。3 (2004) 172-175. ·doi:10.1109/LAWP.2004.833710
[27] E.Demaldent和S.Imperiale,吸收层的完美匹配传输问题:凸多边形域中各向异性声学的应用。国际期刊数字。方法工程96(2013)689-711·Zbl 1352.74342号 ·doi:10.1002/nme.4572
[28] J.Diaz和P.Joly,声学中PML模型的时域分析。计算。方法应用。机械。工程195(2006)3820-3853·Zbl 1119.76046号 ·doi:10.1016/j.cma.2005.02.031
[29] K.Duru和G.Kreiss,关于瞬态波导中完美匹配层的准确性和稳定性。科学杂志。计算。53(2012)642-671·Zbl 1266.78020号 ·doi:10.1007/s10915-012-9594-7
[30] S.D.Gedney,用于fdtd晶格截断的各向异性完全匹配层吸收介质。IEEE传输。天线传播。44 (1996) 1630-1639. ·doi:10.1109/8.546249
[31] S.Havriliak和S.Negami,一些聚合物中介电和机械松弛过程的复杂平面表示。聚合物8(1967)161-210。
[32] L.Halpern、S.Petit-Bergez和J.Rauch,《匹配层分析》。康夫鲁。数学。3 (2011) 159-236. ·Zbl 1263.65088号 ·doi:10.1142/S1793744211000291
[33] F.Hastings、J.B.Schneider和S.L.Broschat,完全匹配层(PML)吸收边界条件在弹性波传播中的应用。J.声学。《美国法典》第100卷(1996年)第3061-3069页·数字对象标识代码:10.1121/1.417118
[34] J.S.Hesthaven,关于线性化Euler方程的完美匹配层的分析和构造。J.计算。物理学。142 (1998) 129-147. ·Zbl 0933.76063号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5938
[35] 胡富强,关于用完全匹配层吸收线性化欧拉方程的边界条件。J.计算。物理学。129(1996)201-219·Zbl 0879.76084号 ·doi:10.1006/jcph.1996.0244
[36] F.Q.Hu,非分裂物理变量中线性化欧拉方程的稳定、完美匹配层。J.计算。物理学。173 (2001) 455-480. ·Zbl 1051.76593号 ·doi:10.1006/jcph.2001.6887
[37] 黄彦,贾海佳,李建杰,等效贝伦格PML模型的分析与应用。J.计算。申请。数学。333 (2018) 157-169. ·Zbl 1382.78018号 ·doi:10.1016/j.cam.2017.10.036
[38] A.Modave、E.Delhez和C.Geuzaine,在离散环境中优化完美匹配层。国际期刊数字。方法工程99(2014)410-437·Zbl 1352.76062号 ·doi:10.1002/nme.4690
[39] F.Nataf,线性化欧拉系统完美匹配层的新方法。J.计算。物理学。214 (2006) 757-772. ·兹比尔1088.76052 ·doi:10.1016/j.jcp.2005.10.014
[40] J.M.Ortega,《应用数学经典》中的数值分析。第3卷,第二版,工业和应用数学学会(SIAM),宾夕法尼亚州费城(1990年)·Zbl 0701.65002号
[41] P.G.Petropoulos,无反射海绵层作为矩形、圆柱形和球形坐标系下麦克斯韦方程数值解的吸收边界条件。SIAM J.应用。数学。60 (2000) 1037-1058. ·Zbl 1025.78016号 ·doi:10.1137/S0036139998334688
[42] P.G.Petropoulos,L.Zhao和A.C.Cangellaris,用高阶交错有限差分格式求解Maxwell方程的无反射海绵层吸收边界条件。J.计算。物理学。139 (1998) 184-208. ·Zbl 0915.65123号 ·doi:10.1006/jcph.1997.5855
[43] F.-J.Sayas,延迟势和时域边界积分方程,收录于计算数学中的Springer级数。第50卷,Springer,Cham(2016)·Zbl 1346.65047号 ·doi:10.1007/978-3-319-26645-9
[44] J.Schöberl,Netgen–基于抽象规则的前沿2d/3d网格生成器。计算。目视检查。科学。1 (1997) 41-52. ·Zbl 0883.68130号 ·doi:10.1007/s00791005004
[45] J.Schöberl,《NGSolve中有限元的C++11实现》。预印本30/2014,维也纳大学分析与科学计算研究所(2014)。
[46] D.R.Smith、J.B.Pendry和M.C.K.Wiltshire,《超材料和负折射率》。《科学》305(2004)788-792。
[47] C.K.W.Tam,L.Auriault和F.Cambuli,完美匹配层作为开域和导管域中线性化欧拉方程的吸收边界条件。J.计算。物理学。144 (1998) 213-234. ·Zbl 1392.76054号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5997
[48] F.L.Teixeira和W.C.Chew,关于FDTD模拟中完全匹配层的因果关系和动态稳定性。微型的。选择。技术信函。17 (1998) 231-236. ·doi:10.1002/(SICI)1098-2760(199803)17:4<231::AID-MOP3>3.0.CO;2-J型
[49] E.Turkel和A.Yefet,吸收类波方程的PML边界层。申请。数字。数学。27 (1998) 533-557. ·Zbl 0933.35188号 ·doi:10.1016/S0168-9274(98)00026-9
[50] V.Vinoles,Problèmes d’interface en présence de métamatériaux:建模、分析和模拟,巴黎大学(ComUE)博士论文(2016年)。
[51] G.Wanner,E.Hairer和S.P.Norsett,有序星和稳定性定理。BIT 18(1978)475-489·Zbl 0444.65039号 ·doi:10.1007/BF01932026
[52] L.Zhao和A.C.Cangellaris,GT PML:推广完全匹配层理论及其在时域有限差分网格无反射截断中的应用。IEEE传输。《微波理论技术》44(1996)2555-2563·doi:10.1109/22.554601
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。