[发明专利]一种区域分解电磁仿真方法及系统

说明书

本发明涉及一种区域分解电磁仿真方法及系统，首先对天线结构模块进行区域划分，得到多个子域，其中每一子域对应一待仿真阵列天线中的结构体；针对每一所述子域，利用四面体网络对所述子域进行剖分，得到多个四面体；针对每一所述四面体，根据所述四面体的顶点位置以及边长度，获得所述四面体每一条边的矢量基函数；针对每一条所述边，利用所述边对应的矢量基函数以及所述边所属子域的双旋度电场波动方程，计算所述边所属四面体中任意一点的电场值和磁场值。本发明对天线结构模型进行区域划分时是根据阵列天线中的结构体进行的划分，针对不同的结构体采用不同大小的四面体网格对其进行剖分，使得本发明的方案能够实现天线阵列的高效、准确仿真计算。

技术领域

本发明涉及计算电磁仿真领域，特别是涉及一种基于间断伽辽金-Robin传输条件的区域分解电磁仿真方法及系统。

背景技术

计算电磁学以电磁场理论为基础，以求解麦克斯韦方程/波动方程为手段，运用计算数学方法，结合高性能的计算机技术，目标是解决复杂电磁场理论与工程应用问题。其中最常用的计算电磁学方法是全波数值算法，主要包括基于微分方程的有限元法、时域有限差分法，以及基于积分方程的矩量法。计算电磁方法也被广泛应用于天线设计与优化，微波器件的电磁兼容，雷达目标特征分析与识别，芯片仿真与设计等领域。

随着信息技术的快速发展，摩尔定律不断逼近极限，CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)技术不断得到进步和发展，芯片的尺寸已经缩小至纳米级别；在传统TSV(Through SiliconVia，硅通孔技术)和TGV(Through GlassVia，玻璃通孔技术)的基础上，学者提出了石墨烯通孔和碳纳米通孔等新技术，物理尺寸进入原子量级；而异构集成技术的发展使得将纳米、微米甚至宏观尺寸的器件集成到一个单独的封装中成为可能。因此，阵列天线、集成电路等电磁工程仿真问题的复杂性受限于电尺寸、集成电路的规模超大以及巨大的尺寸差异(多尺度)，随着计算规模以及模型复杂度的提升，保证网格的剖分质量以及系统矩阵的高效准确求解愈发困难。如果为了“捕获”小结构体中快速变化的场信息，对整个系统进行全局精细剖分，会极大地影响网格质量和矩阵性态，未知量也会急剧增加，造成内存和运行时间等计算资源的浪费，传统方法在面对此类难题时难以在计算效率与计算精度上寻找到较好的平衡，因此研究高效稳定可行的数值算法刻不容缓。

区域分解方法是解决此类问题的有效方案之一，其核心思想是“分而治之”，即将一个较大的难以求解的问题/空间分解为多个较小的容易求解的子问题/子空间并单独求解，每个子空间之间通过恰当的传输条件相连接，分解后所需要求解的新问题与原问题是完全等效的，从而解决传统有限元算法在求解大规模矩阵时遇到的矩阵病态，较难收敛等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种区域分解电磁仿真方法及系统，实现天线阵列的高效准确全波仿真。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种区域分解电磁仿真方法，包括：

对天线结构模型进行区域划分，得到多个子域；所述天线结构模型为利用建模软件对待仿真阵列天线进行建模得到天线结构模型；每一子域对应一待仿真阵列天线中的结构体；

针对每一所述子域，利用四面体网络对所述子域进行剖分，得到多个四面体；所述四面体网络的大小由对应子域的精细需求程度确定，所述子域的精细需求程度由对应结构体的精细剖分需求程度确定；

针对每一所述四面体，根据所述四面体的顶点位置以及边长度，获得所述四面体每一条边的矢量基函数，所述矢量基函数包括电场矢量基函数和磁场矢量基函数；

针对每一条所述边，利用所述边对应的矢量基函数、展开系数以及所述边所属子域的双旋度电场波动方程，计算所述边所属四面体中任意一点的电场值和磁场值。