2.1。在二维情况下的近场理论转换
假设<我nl我ne-formula>
E米米l:mi>
和<我nl我ne-formula>
H米米l:mi>
分别输出边界表面上的电场和磁场的FDTD域。根据等效原理,表面电场和磁场电流<我nl我ne-formula>
J米米l:mi>
,米米l:mo>
米米米l:mi>
和费用<我nl我ne-formula>
ρ米米l:mi>
年代米米l:mi>
,米米l:mo>
ρ米米l:mi>
米米米l:mi>
可以获得的
(1)米米l:mtext>
J米米l:mi>
=米米l:mo>
n米米l:mi>
^米米l:mo>
×米米l:mo>
H米米l:mi>
,米米l:mo>
米米米l:mi>
=米米l:mo>
−米米l:mo>
n米米l:mi>
^米米l:mo>
×米米l:mo>
E米米l:mi>
,米米l:mo>
(1 b)米米l:mtext>
n米米l:mi>
^米米l:mo>
⋅米米l:mo>
μ米米l:mi>
H米米l:mi>
=米米l:mo>
ρ米米l:mi>
年代米米l:mi>
,米米l:mo>
n米米l:mi>
^米米l:mo>
⋅米米l:mo>
μ米米l:mi>
E米米l:mi>
=米米l:mo>
ρ米米l:mi>
米米米l:mi>
,米米l:mo>
在哪里<我nl我ne-formula>
n米米l:mi>
^米米l:mo>
表示输出边界上的单位法向量。二维问题,矢量和标量势可以表示二维时域格林函数
(2)米米l:mtext>
一个米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
μ米米l:mi>
4米米l:mn>
π米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
J米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mtext>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
(2 b)米米l:mtext>
F米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
ε米米l:mi>
4米米l:mn>
π米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
(2 c)米米l:mtext>
φ米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
4米米l:mn>
π米米l:mi>
μ米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
ρ米米l:mi>
年代米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
(2 d)米米l:mtext>
φ米米l:mi>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
4米米l:mn>
π米米l:mi>
μ米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
ρ米米l:mi>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
。米米l:mo>
在这里,<我nl我ne-formula>
μ米米l:mi>
和<我nl我ne-formula>
ε米米l:mi>
代表了磁导率和介电常数,<我nl我ne-formula>
R米米l:mi>
=米米l:mo>
r米米l:mi>
−米米l:mo>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
观测点的距离吗<我nl我ne-formula>
r米米l:mi>
源字段<我nl我ne-formula>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,<我nl我ne-formula>
c米米l:mi>
电磁波的速度。按照矢量和标量势,二维辐射场外部FDTD地区可以写成
(3)米米l:mtext>
E米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
−米米l:mo>
1米米l:mn>
ε米米l:mi>
∇米米l:mo>
×米米l:mo>
F米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
∇米米l:mo>
φ米米l:mi>
−米米l:mo>
∂米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
一个米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
(3 b)米米l:mtext>
H米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
μ米米l:mi>
∇米米l:mo>
×米米l:mo>
一个米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
∇米米l:mo>
φ米米l:mi>
米米米l:mi>
−米米l:mo>
∂米米l:mo>
F米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
。米米l:mo>
用方程(
2)方程(
3),将时间向后引用<我nl我ne-formula>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
合法产业,计算等效源的二维辐射场可以获得
21),对于TM的情况,
(4)米米l:mtext>
E米米l:mi>
z米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
2米米l:mn>
π米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
μ米米l:mi>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
J米米l:mi>
z米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
y米米l:mi>
−米米l:mo>
y米米l:mi>
′米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
米米米l:mi>
x米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
+米米l:mo>
x米米l:mi>
−米米l:mo>
x米米l:mi>
′米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
米米米l:mi>
y米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
(4 b)米米l:mtext>
H米米l:mi>
x米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
2米米l:mn>
π米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
ε米米l:mi>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
米米米l:mi>
x米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
x米米l:mi>
−米米l:mo>
x米米l:mi>
′米米l:mo>
μ米米l:mi>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
ρ米米l:mi>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
+米米l:mo>
y米米l:mi>
−米米l:mo>
y米米l:mi>
′米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
J米米l:mi>
z米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
(4)米米l:mtext>
H米米l:mi>
y米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
=米米l:mo>
1米米l:mn>
2米米l:mn>
π米米l:mi>
∫米米l:mo>
l米米l:mi>
d米米l:mi>
l米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
ε米米l:mi>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
∂米米l:mo>
J米米l:mi>
z米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
−米米l:mo>
y米米l:mi>
−米米l:mo>
y米米l:mi>
′米米l:mo>
μ米米l:mi>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
ρ米米l:mi>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
+米米l:mo>
x米米l:mi>
−米米l:mo>
x米米l:mi>
′米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
∫米米l:mo>
0米米l:mn>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
∂米米l:mo>
J米米l:mi>
z米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
/米米l:mo>
∂米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
。米米l:mo>
TE模式中相应的公式可以推导出二元性的原则,这不是这里描述。很明显,卷积内核在方程(
4)一个平方根奇异性<我nl我ne-formula>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
=米米l:mo>
t米米l:mi>
。一种有效的方式在解决奇点是大约计算卷积积分区间<我nl我ne-formula>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
使用线性插值。假设<我nl我ne-formula>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
=米米l:mo>
τ米米l:mi>
等效源的时间导数,例如,<我nl我ne-formula>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
,可以由时间反演和偏移量的形式
(5)米米l:mtext>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
τ米米l:mi>
≈米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
+米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
−米米l:mo>
1米米l:mn>
−米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
τ米米l:mi>
τ米米l:mi>
∈米米l:mo>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
。米米l:mo>
例如,替换(
5)的第二个任期(
4),我们有
(6)米米l:mtext>
∫米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
米米米l:mi>
r米米l:mi>
′米米l:mo>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
−米米l:mo>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
d米米l:mi>
t米米l:mi>
′米米l:mo>
=米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
−米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
−米米l:mo>
1米米l:mn>
c米米l:mi>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
τ米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
|米米l:mi>
τ米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
τ米米l:mi>
=米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
+米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
−米米l:mo>
1米米l:mn>
−米米l:mo>
米米米l:mi>
n米米l:mi>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
τ米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
/米米l:mo>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
τ米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
2米米l:mn>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
ln米米l:mi>
τ米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
+米米l:mo>
τ米米l:mi>
+米米l:mo>
R米米l:mi>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
−米米l:mo>
R米米l:mi>
2米米l:mn>
c米米l:mi>
2米米l:mn>
τ米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
τ米米l:mi>
=米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
。米米l:mo>
一个类似的过程可以实现对其他条款在方程(
4)获得对应的近似结果的区间<我nl我ne-formula>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
。的卷积积分区间<我nl我ne-formula>
0米米l:mn>
,米米l:mo>
t米米l:mi>
−米米l:mo>
Δ米米l:mi>
t米米l:mi>
计算通过使用高效不仅方法,稍后将详细阐述。