电磁波理论的应用与发展已经有一百多年的历史,电磁场与电磁波技术已经渗透到人们生活的各个方面。不论是对电磁场问题进行理论分析,还是要解决和设计实际电磁场领域的问题,都需要得到研究对象的电场或磁场分布情况。在很多情况下,需要通过数值计算得到具体环境下的电磁波特性。计算电磁学利用高速发展的计算机为工具,运用各种数值计算方法,已经成为解决复杂电磁场理论和实际工程问题的建模与仿真、优化设计的主要手段之一。 计算电磁学的核心技术是算法,当问题规模不断增大时,计算机的计算量有可能呈指数型的增长,不但增加了计算时间,而且可能超出突破计算机的实际计算能力。因此,计算电磁学研究需要寻找效率更高的快速算法。 时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain Method,FDTD)是目前较为成熟的应用于电磁计算的时域方法之一。然而,传统的时域有限差分法也存在不足之处,首先,为减小差分近似所带来的数值色散,所取的空间网格尺寸必须远小于波长,一般认为所选取的空间步长要小于波长的十分之一;另外为了满足Courant稳定性条件,时间步长的选取又必须由空间步长的最小值决定。对实际工程中电小尺寸对象的计算而言,空间步长的减小引起时间步长的相应减小,最终导致迭代步数和计算时间的大幅度增加,这正是传统FDTD所无法有效解决的一个主要问题。