In this work, we propose staggered FDTD schemes based on the correction function method (CFM) to discretize Maxwell's equations with embedded perfect electric conductor (PEC) boundary conditions. The CFM uses a minimization procedure to compute a correction to a given FD scheme in the vicinity of the embedded boundary to retain its order. The minimization problem associated with CFM approaches is analyzed in the context of Maxwell's equations with embedded boundaries. In order to obtain a well-posed problem, we propose fictitious interface conditions to fulfill the lack of information, namely the surface current and charge density, on the embedded boundary. Fictitious interfaces can induce some issues for long time simulations and therefore the penalization coefficient associated with fictitious interface conditions must be chosen small enough. We introduce CFM-FDTD schemes based on the well-known Yee scheme and a fourth-order staggered FDTD scheme. Long time simulations and convergence studies are performed in 2-D for various geometries of the embedded boundary. CFM-FDTD schemes have shown high-order convergence.


翻译:在这项工作中,我们建议根据校正功能法(CFM)制定错开的FDTD计划,将Maxwell的方程式与嵌入式完全电导师(PEC)边界条件分开。CFM使用最小化程序计算嵌入式边界附近某一FD计划的校正,以保持其秩序。CFM方法的最小化问题在Maxwell带有嵌入边界的方程式中分析。为了获得一个充分的问题,我们提出虚构的界面条件,以弥补内嵌边界上缺乏信息的情况,即表层流和电荷密度。虚假界面可以引发一些长期的模拟问题,因此,与虚构界面条件相关的惩罚系数必须选得足够小。我们根据众所周知的Yee制和第四顺序错开式的FDTD计划引入了CFM-FDTD计划。对嵌入式边界的各种地理特征进行了长期的模拟和趋同研究。CFM-FDTD计划显示高度的趋同。

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