[发明专利]一种基于混合时域有限元算法的低频电小系统设计方法

说明书

本发明适用于低频电小系统领域，提供了一种基于混合时域有限元算法的低频电小系统设计方法，该设计方法包括：对电子器件进行建模，并设置电子器件的参数信息以及激励，以设定计算区域；通过预设软件对计算区域进行网格剖分，并记录计算区域中每个单元的信息；运用混合时域有限元算法对每个单元的信息对应的未知电场进行计算求解，获取低频电小系统的参数值。本发明实施例提供的基于混合时域有限元算法的低频电小系统设计方法，能够有效克服宽频带电感、无线功率传输系统等低频电小系统设计时，发生低频崩溃的现象，且不影响计算效率，计算结果稳定性好。

技术领域

本发明属于低频电小系统领域，尤其涉及一种基于混合时域有限元算法的 低频电小系统设计方法。

背景技术

随着集成电路的快速发展及其日益广泛的应用，电子设计不断向微型化发 展。各种低频电小系统广泛应用于射频识别、无线传感器网络、通信系统、无 线功率传输等领域。因此，准确、有效地模拟低频电小系统及相关电路的行为 对系统设计具有重要意义。

电子器件设计传统上采用频域方法进行设计，为了仿真低频电小系统的宽 带特性，本发明采用时域法。然而，当频率范围在大约1MHz以下时，对于一 个典型的低频电小系统，传统的时域有限差分法(Finite Difference Time Domain，FDTD)，时域有限元法(Finite Element Time Domain，FETD)和 时域伪谱法(Pseudospectral Time Domain，PSTD)采用显式时间积分方案，由 于时间步长受到稳定性条件的限制，需要大量的时间步长。并且，如果这些算 法使用诸如Crank-Nicolson技术或Newmark-beta技术等隐式时间步进方案，将 出现低频崩溃现象，即这些算法会出现不稳定问题，同时，它们的系统矩阵将是病态的。

发明内容

本发明实施例提供一种基于混合时域有限元算法(Mixed Finite Element TimeDomain，Mixed FETD)的低频电小系统设计方法，旨在解决现有技术中 的算法采用诸如Crank-Nicolson技术或Newmark-beta技术等隐式时间步进方案， 将出现低频崩溃现象的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于混合时域有限元算法的低频电小系 统设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

对电子器件进行建模，并设置所述电子器件的参数信息以及激励，以设定 计算区域；

通过预设软件对所述计算区域进行网格剖分，并记录所述计算区域中每个 单元的信息；

运用混合时域有限元算法对所述每个单元的信息对应的未知电场进行计算 求解，获取低频电小系统的参数值。

优选的，当所述电子器件为螺旋环形电感时，所述对电子器件进行建模并 设置所述电子器件的参数信息以及激励，以设定计算区域的步骤具体包括：

设定电感的匝数；

在所述电感外框设一个矩形金属框架作为地；

将连接所述电感的最外圈和所述地的一个端口设置为第一接收器；

将所述电感的中心连接到所述地的另一端口设置为第一信号源；

设定第一仿真的空气盒子大小，以确定第一计算区域。

优选的，当所述电子器件为无线功率传输系统时，所述对电子器件进行建 模并设置所述电子器件的参数信息以及激励，以设定计算区域的步骤具体包括：

将三个边长均为100mm的方形电感线圈并列设置；

将中间的所述方形电感线圈作为第二信号源，两端的两个所述方形电感线 圈均作为第二接收器；

设定第二仿真的空气盒子大小，以确定第二计算区域。