基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

技術(shù)編號(hào)：43244755 閱讀：15 留言：0更新日期：2024-11-05 17:28

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，構(gòu)建色散媒質(zhì)仿真模型，對(duì)模型和邊界條件進(jìn)行區(qū)域化預(yù)處理；使用一階Debye有損模型來等效色散媒質(zhì)的電磁特性；使用ME方法處理等效模型的麥克斯韋方程組，構(gòu)建基于ME方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法；使用ME方法處理無損無耗區(qū)域的PML方程，構(gòu)建基于ME方法的PML吸收邊界條件仿真算法；基于所述色散介質(zhì)仿真算法和和所述PML仿真算法，進(jìn)行公式合并得到基于ME方法的一體化電磁仿真算法；使用一體化電磁仿真算法對(duì)模型和邊界條件區(qū)域進(jìn)行一體化區(qū)域更新。該方法不僅減少了使用FDTD算法模擬色散介質(zhì)時(shí)的數(shù)值誤差，還改善了邊界條件對(duì)反射波的吸收效果，算法的編碼復(fù)雜度降低，運(yùn)行速度提高。

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【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)電磁仿真，具體為一種基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法及系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

1、近些年來，隨著電磁波傳輸特性的深入研究，它被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)和探測(cè)物體。在現(xiàn)有的電磁仿真算法中，時(shí)域有限差分方法(fdtd)因?yàn)樗膶?shí)用性和簡便性而被廣泛使用。對(duì)于一般的介質(zhì)而言，由于其介電常數(shù)為定值，所以利用電磁算法進(jìn)行仿真較為容易。但是針對(duì)色散介質(zhì)而言，由于它的介電常數(shù)是隨頻率變化的，所以傳統(tǒng)的fdtd算法無法直接對(duì)其進(jìn)行仿真，需要進(jìn)行額外處理。隨著對(duì)色散介質(zhì)的研究不斷深入，可以使用等效模型來代替色散介質(zhì)，如debye,lorentz,drude等模型，進(jìn)而使用fdtd算法來推導(dǎo)等效模型的更新方程，進(jìn)而進(jìn)行模擬仿真。在對(duì)色散介質(zhì)的仿真中，由于使用fdtd算法仿真物體時(shí)需要模擬開放空間，所以需要使用吸收邊界條件來截?cái)喾抡嬗颉Ｄ壳白顝V泛使用的吸收邊界條件是復(fù)頻移完美匹配層(cfs-pml)，它對(duì)于傳統(tǒng)的分裂pml具有更加簡單的更新公式，并且具有更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的參數(shù)選擇。但是在cfs-pml中由于其具有卷積運(yùn)算，導(dǎo)致對(duì)反射波的吸收效果降低。大部分的色散介質(zhì)算法和邊界條件算法都是單獨(dú)使用的，并不具有聯(lián)系性，仿真過程中需要單獨(dú)對(duì)兩種算法進(jìn)行編碼，編碼復(fù)雜度較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法及系統(tǒng)，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，包括以下步驟：</p>

3、構(gòu)建色散媒質(zhì)仿真模型，對(duì)模型和邊界條件進(jìn)行區(qū)域化預(yù)處理；

4、使用一階debye有損模型來等效色散媒質(zhì)的電磁特性；

5、使用me方法處理等效模型的麥克斯韋方程組，構(gòu)建基于me方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法；

6、使用me方法處理無損無耗區(qū)域的pml方程，構(gòu)建基于me方法的pml吸收邊界條件仿真算法；

7、基于所述色散介質(zhì)仿真算法和和所述pml仿真算法，進(jìn)行公式合并得到基于me方法的一體化電磁仿真算法；

8、使用一體化電磁仿真算法對(duì)模型和邊界條件區(qū)域進(jìn)行一體化區(qū)域更新。

9、優(yōu)選的，所述一階debye有損模型為：

10、

11、其中，εr表示相對(duì)介電常數(shù)，ε∞是無限頻率下的介電常數(shù)，εs是靜態(tài)相對(duì)介電常數(shù)，ε0是空氣中的介電常數(shù)，τ是弛豫時(shí)間，σ是電導(dǎo)率。

12、優(yōu)選的，所述麥克斯韋方程組為：

13、

14、其中，h和e為磁場(chǎng)和電場(chǎng)；d和b為電位移矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度。使用debye等效模型處理麥克斯韋方程中的電位移矢量，得到debye等效方程，為

15、

16、其中，d＝ε0εr·e。

17、優(yōu)選的，所述基于me方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法推導(dǎo)過程包括：

18、將debye等效方程進(jìn)行拆分之后矩陣化處理，得到一階矩陣微分方程；

19、對(duì)一階矩陣微分方程進(jìn)行積分處理，得到解析解；

20、對(duì)解析解進(jìn)行離散處理，得到基于me方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法迭代公式。

21、優(yōu)選的，所述一階矩陣微分方程為：

22、

23、其中，

24、f＝(ε0ex?ψex1?ψex2?ψex3)t

25、

26、其中，為輔助變量；

27、κ＝ε∞,

28、優(yōu)選的，所述一階矩陣微分方程為：

29、

30、其中，n表示時(shí)間步。

31、優(yōu)選的，所述基于me方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法迭代公式為：

32、

33、其中，

34、

35、優(yōu)選的，所述基于me方法的pml吸收邊界條件仿真算法的迭代公式同色散介質(zhì)迭代公式推導(dǎo)過程一致，為：

36、

37、其中，

38、

39、r″2eη＝r″′2eη·ueη,

40、η＝x,y,z

41、其中

42、η＝x,y,z

43、其中，κη大于等于1，ση和αη大于等于0。

44、優(yōu)選的，所述基于me方法的一體化電磁仿真算法為：

45、

46、變量的系數(shù)矩陣是對(duì)色散媒質(zhì)算法和吸收邊界條件算法的進(jìn)行合并所得到的。

47、一種基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算系統(tǒng)，所述系統(tǒng)為基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法而生成。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：

49、本申請(qǐng)用于射頻與微波器件、人體組織結(jié)構(gòu)等色散介質(zhì)的模擬仿真中，通過將me-fdtd和me-pml相結(jié)合。該算法分別將me方法應(yīng)用于色散介質(zhì)fdtd和pml，通過合并和處理這兩種算法的公式，將fdtd算法和pml算法結(jié)合成更簡潔的統(tǒng)一更新公式。該方法不僅減少了使用fdtd算法模擬色散介質(zhì)時(shí)的數(shù)值誤差，還改善了邊界條件對(duì)反射波的吸收效果。算法的編碼復(fù)雜度降低，運(yùn)行速度提高。

本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述一階Debye有損模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述麥克斯韋方程組為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述基于ME方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法推導(dǎo)過程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述一階矩陣微分方程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述一階矩陣微分方程為：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述基于ME方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法迭代公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述基于ME方法的PML吸收邊界條件仿真算法的迭代公式同色散介質(zhì)迭代公式推導(dǎo)過程一致，為：

10.一種基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)為基于ME方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法而生成。

...

【技術(shù)特征摘要】

1.一種基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述一階debye有損模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述麥克斯韋方程組為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述基于me方法的色散介質(zhì)電磁仿真算法推導(dǎo)過程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于me方法的一體化電磁仿真計(jì)算方法，其特征在于，所述一階矩陣微分方程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于me方法的一體化電磁仿真...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱國萃，張旭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：安徽黑松科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：

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