[发明专利]一种平面微带电路的快速多层方向性仿真方法

权利要求书

1.一种分析平面微带电路的快速多层方向性方法，它是一种基于快速多层方向性方法(FDMA)的快速算法通过利用低秩表达式的展开来实现对平面微带电路的快速分析，其特征在于它是按照以下操作步骤实现：

第一步，利用Ansys软件建立目标的几何剖分模型，根据复杂电路的几何尺寸，用计算机辅助设计工具进行建模，采用基于Rao-Wilton-Glisson(RWG)基函数的三角形网格对电路目标模型进行分别剖分，每平方电波长内剖分的三角形数目大于120，得到目标的几何信息并且设置激励源的参数边信息以及施加激励源；

第二步，采用四叉树结构对剖分后的目标模型进行分组，用一个正方形将目标体包围住，该正方形定义为第零层的第一个且是最后一个组结点，把该正方形等分为四个子正方形结点形成第一层组结点，然后再对每个子正方形进行与上一步相同的细分，并以此类推直到最底层正方形的尺寸达到所需合适的大小为止；

第三步，根据目标尺寸区分近场区和远场区，首先根据上述组的尺寸区分低频域和高频域，对于组的尺寸小于1个电波长的定为低频域，大于等于1个电波长的定为高频域，然后再将低频域和高频域分别按照每个正方形组相邻的正方形组设定为近场区组，将包含该正方形的下一层正方形区域的近场区设定为该层组的远场区；

第四步，根据第一步中得到的目标几何信息以及第二步中所得到的组的信息，对近场区目标模型直接采用矩量法进行计算场源组间相互作用，即先在目标表面建立等效电流积分方程，再将选定的RWG基函数对未知等效流进行近似展开，然后代入积分方程，最后选择RWG基函数作为加权函数，使在加权平均的意义下积分方程的余量为零，由此将连续的积分方程转换为矩阵方程，得到近场作用阻抗矩阵信息；

第五步，根据第二步中所得到的组的信息，采用快速多层方向性算法实现远场区场源组间相互作用，即对于任意观察组，经过随机采样，得到每一层的等效点以及关联矩阵，将远场作用的格林函数展开成低秩表达式的形式，通过核函数计算得到远场作用阻抗矩阵信息；

第六步，根据上述近场区、远场区场源组间相互作用所得到的阻抗矩阵的信息，采用广义最小余量法求解系统矩阵方程，得到模型表面电流系数；

第七步，根据电流系数，计算电磁特性参数，得到复杂电路模型表面电流分布参数，最后利用电流分布参数计算出目标模型的各种电磁特性参数，完成对平面微带电路的分析过程。

2.根据权利要求1所述分析平面微带电路的快速多层方向性方法，其特征在于：第二步中采用四叉树结构对剖分后的目标模型进行分组时，最底层正方形的尺寸一般为0.25～0.5个电波长。

3.根据权利要求1所述分析平面微带电路的快速多层方向性方法，其特征在于：第五步中通过核函数对远场作用阻抗矩阵信息进行计算前，先设定四叉树结构中的某一正方形组为B，组的宽度是w，单位为波长；设定组A在组B方向为l的楔形区域，组B则位于组A方向为l′的楔形区域；组A和组B的宽度w＝1，组B的子组组为B_c，组A的子组组为A_c，宽度为0.5；核函数计算包括上行和下行两个过程，其具体操作如下：

上行操作过程：

①根据下式得到外向等效密度

{fpBc,o}={Σqdpq∫∫sG(rqBc,r′)fndS′}]]>

式中代表组Bc在其远场区域的等效点，d_pq代表最底层关联矩阵的元素；

②将组B作用的远场区划分成若干个方向的楔形区域，然后将外向等效点作为组B的等效源点，外向等效密度作为组B的等效密度，代表组B在l方向的外向等效点。根据下式计算得到组B在方向为l方向性外向等效位

{up′B,o,l}={Σp′G(rq′B,rpBc)fpBc,o}]]>

通过方向性外向等效位，由下式得到组B在方向为l方向性外向等效密度为

{fp′B,o,l}={Σq′dp′q′Σp′G(rq′B,rpBc)fpBc,o}]]>

这里父层使用“p′，q′”来区分子层的符号p，q；

③将等效密度为作为组A的等效密度，再由下式计算得到组A在方向为l′方向性内向接收位

{uq′A,i,l′}={ΣpG(rq′A,rp′B)fp′B,o,l}]]>

式中代表组B在l方向的内向等效点，代表组A在l′方向的外向等效点；

下行操作过程：

①通过上行过程所获得的方向性内向接收位与父层组组的D矩阵，计算得到组A方向性内向等效密度

{fp′A,i,l′}={Σp′dp′q′uq′A,i,l′}]]>

②将方向性内向等效密度作为其子组组Ac的等效密度，通过下式计算得到内向接收位

uqAc,i=uq′Ac,i+ΣpG(rqAc,rp′A)fp′A,i,l′]]>

代表组A在l′方向的内向等效点，代表组Ac在其远场区域的等效点，最后由内向接收位以及子层所得到的D矩阵计算内向等效密度

{fqAc,i}={ΣpdpqupAc,i}]]>

③由内向等效密度通过下式得到由电场积分方程所产生的远场作用阻抗矩阵Z_mn：

Zmn=Σq∫∫sfm·G(rqAc,r)dS·fqAc,i]]>

完成上行和下行全过程。