[发明专利]一种空间域电磁分量确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种空间域电磁分量确定方法及系统。该方法包括：采用辛时域有限差分方法推导电磁数值稳定性条件；根据所述电磁数值稳定性条件确定扩展因子；确定所述扩展因子的取值范围；根据所述取值范围定义低通滤波器；根据所述低通滤波器对空间电磁场分量进行滤波处理，得到滤波以后的空间域电磁分量。本发明能够提高辛时域有限差分方法确定电磁分量的计算仿真效率。

技术领域

本发明涉及空间域电磁分量确定领域，特别是涉及一种空间域电磁分量确定方法及系统。

背景技术

纳米技术的迅速发展使得现代集成电路、纳米元件的结构尺寸日益缩减，新型材料的研究及加工技术已经进入到纳米时代，采取实验的手段进行各种性能测试十分繁琐和困难，因此，研究精确、高效的数值计算方法是现代纳米器件建模和优化的重要课题。计算电磁学是近年来新兴的前沿交叉学科，它是以计算机为基础的电磁场理论与数值方法的结合，在现代电子设备的建模、仿真、优化、设计等领域中发挥着重要作用。电磁学本质上是一门仿真学科，是根据当前的认知范围和实际需求来建模仿真，继而预测和发现新的科学现象，拓宽多个学科领域的研究范围并引领新的研究方向。目前，计算电磁学已经成为医学、光学、通讯、集成电路、材料等学科领域开展相关研究及发展不可或缺的一门重要学科。电磁问题的计算方法主要分为两大类：解析法和数值方法，对于解析方法，通常是先建立描述电磁问题的数学物理方程，然后采用常规的数学方法进行求解。解析方法能够获得精确的计算结果，可作为标准解来校验近似方法和数值方法的正确性。然而，若分析对象中包含复杂的结构和边界条件时，很难得到具体的解析表达式。同解析法相比，数值方法灵活性更高，能够处理几何形状、材料特性较为复杂的模型。另外数值方法也为软件和硬件的开发设计提供了条件。一直以来，频域数值方法在计算电磁学领域中占据着主导地位，然而，随着面临的问题越来越复杂及范围越来越广，人们逐渐发现了时域方法在计算和分析一些电磁问题时所具备的一些优异特性。例如，对于包含多种材料成分和许多精细的孔、缝、腔等结构时，基于频域方法进行模拟仿真往往会显得十分笨拙，计算效率有待提高。得益于计算机技术的快速发展，时域算法得到了广泛的研究和发展。时域算法提高了人们对具有宽频特性的瞬态电磁计算的分析能力，从而能够更加直观形象的观察一些电磁现象的发生过程，加深对电磁问题的理解。近年来，基于哈密顿系统的辛算法在时域电磁计算领域得到了广泛的研究和应用。通过保持整个数值系统的辛结构，使得辛时域有限差分(SFDTD)算法在求解电磁问题时表现出非辛方法所不具备的一些优异性能，如具有晚时稳定性、准确性以及较低的数值色散误差等特性。然而，显式的SFDTD方法是有条件稳定的，其时间步长受网格尺寸的限制，这对于仿真需采用精细网格剖分的电磁结构和特性材料，SFDTD的精确性优势将无法弥补其在计算效率上的劣势。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间域电磁分量确定方法及系统，能够提高辛时域有限差分方法确定电磁分量的计算仿真效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种空间域电磁分量确定方法，包括：

采用辛时域有限差分方法推导电磁数值稳定性条件；

根据所述电磁数值稳定性条件确定扩展因子；

确定所述扩展因子的取值范围；

根据所述取值范围定义低通滤波器；

根据所述低通滤波器对空间电磁场分量进行滤波处理，得到滤波以后的空间域电磁分量。

可选的，所述根据所述电磁数值稳定性条件确定扩展因子，具体包括：

通过高频滤波处理对所述电磁数值稳定性条件进行扩展，得到扩展后的时间步长；

获取扩展前的时间步长；

根据所述扩展后的时间步长和所述扩展前的时间步长，确定时间步长的扩大倍数，所述扩大倍数为扩展因子。

可选的，所述确定所述扩展因子的取值范围，具体包括：