一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法技术

本发明专利技术属于电磁场数值计算技术领域，具体涉及一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法。本发明专利技术技术方案所提供的计算方法，不同于标准麦克斯韦方程组，本发明专利技术方案中引入了磁压激励、磁流激励、磁荷激励三类磁激励，上述三类磁激励对电磁场分布的影响可以得到预测。该方法主要包括以下步骤：获取计算所需参数信息、离散化计算对象区域、计算方程参数、构建线性方程组、求解线性方程组。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法
本专利技术属于电磁场数值计算
，具体涉及一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法。
技术介绍
麦克斯韦方程组是描述电磁场基本关系的一组方程，采用数值计算方法求解麦克斯韦方程组是分析空间电磁场分布的一种常用方法。微分形式的标准麦克斯韦方程组如下所示：其中，E代表电场强度、B代表磁感应强度、H代表磁场强度、Je代表传导电流密度、D代表电通量密度、ρe代表电荷密度。标准麦克斯韦方程组建立在磁单极子不存在的假设上，但是，磁单极子在理论上有可能存在，这一可能性由NathanSeiberg和EdwardWitten于1994年证明。考虑磁单极子影响的麦克斯韦方程组如下所示：其中，Jm代表传导磁流密度、ρm代表磁荷密度，其余参数与标准麦克斯韦方程组一致。到目前为止，以基本粒子形式存在的磁单极子尚未被发现，但是，物理学家已经发现与磁单极子宏观物理行为类似的物质，比如自旋冰。同时，一些理论预测了磁单极子的存在。磁单极子是目前物理学界中最重要的研究课题之一，无论其是否以基本粒子的形式存在于自然界中，对其的研究都是有意义的。因此，需要一套考虑磁单极子的三维电磁场数值计算方法，以研究磁单极子对电磁场的影响效应。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何提出了一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法，其包括如下步骤：步骤S1：获取计算对象区域内完成计算所需的信息，包括：根据计算要求所确定的计算频率f、计算对象区域内相对介电常数分布εr、计算对象区域内相对磁导率分布μr、计算对象区域内导电材料电导率κe、计算对象区域内导磁材料磁导系数κm、电压激励Ue,ex、电流激励Ie,ex、磁压激励Um,ex、磁流激励Im,ex、电荷密度ρe、磁荷密度ρm以及根据计算要求所确定的区域边界条件；步骤S2：将计算对象区域离散化为重复排列的电磁参数单元，每个电磁参数单元包含八类格点，分别是：电节点格点、沿x轴方向电支路的电节点格点、沿y轴方向电支路的电节点格点、沿z轴方向电支路的电节点格点、磁节点格点、沿x轴方向磁支路的磁节点格点、沿y轴方向磁支路的磁节点格点、沿z轴方向磁支路的磁节点格点；其中，该电磁参数单元为由两个六面立方体嵌套构成的双层立方体；(1)其中，在以磁节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A1、由该电节点格点A1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B1、由该电节点格点B1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C1、由该电节点格点C1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D1，该电节点格点D1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A1；以及由该电节点格点A1沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E1、由该电节点格点E1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点F1、由该电节点格点F1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点G1、由该电节点格点G1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点H1，该电节点格点H1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点E1；此时，所述电节点格点B1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点F1，所述电节点格点C1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点G1，所述电节点格点D1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点H1；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’1、由该磁节点格点A’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’1、由该磁节点格点B’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’1、由该磁节点格点C’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’1，该磁节点格点D’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’1；以及由该磁节点格点A’1沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’1、由该磁节点格点E’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’1、由该磁节点格点F’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’1、由该磁节点格点G’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’1，该磁节点格点H’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’1；此时，所述磁节点格点B’1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’1，所述磁节点格点C1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’1，所述磁节点格点D1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’1；(2)其中，在以电节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’2、由该磁节点格点A’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’2、由该磁节点格点B’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’2、由该磁节点格点C’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’2，该磁节点格点D’2沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’2；以及由该磁节点格点A’2沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’2、由该磁节点格点E’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’2、由该磁节点格点F’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’2、由该磁节点格点G’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’2，该磁节点格点H’2沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’2；此时，所述磁节点格点B’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’2，所述磁节点格点C’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’2，所述磁节点格点D’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’2；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A2、由该电节点格点A2沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B2、由该电节点格点B2再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C2、由该电节点格点C2沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D2，该电节点格点D2沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A2；以及由该电节点格点A2沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E2、由该电节点格点E2沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点F2、由该电节点格点F2再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点G2、由该电节点格点G2沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点H2，该电节点格点H2沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点E2；此时，所述电节点格点B2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点F2，所述电节点格点C2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点G2，所述电节点格点D2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点H2；步骤S3：计算每个电节点格点的电导纳及每个磁节点格点的磁导纳，具体过程如下：步骤S301：对于每个电节点格点，通过如下关系计算该格点处电导纳Ye：Ye＝κe·d+i·2·π·f·ε0·εr·d(1)其中κe为该格点处电导率，d为该格点临近电节点格点间距离，i为虚数单位，π为圆周率，f为计算频率，ε0为真空介电常数，εr为该格点处相对介电常数；步骤S302本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1：获取计算对象区域内完成计算所需的信息，包括：根据计算要求所确定的计算频率f、计算对象区域内相对介电常数分布εr、计算对象区域内相对磁导率分布μr、计算对象区域内导电材料电导率κe、计算对象区域内导磁材料磁导系数κm、电压激励Ue,ex、电流激励Ie,ex、磁压激励Um,ex、磁流激励Im,ex、电荷密度ρe、磁荷密度ρm以及根据计算要求所确定的区域边界条件；步骤S2：将计算对象区域离散化为重复排列的电磁参数单元，每个电磁参数单元包含八类格点，分别是：电节点格点、沿x轴方向电支路的电节点格点、沿y轴方向电支路的电节点格点、沿z轴方向电支路的电节点格点、磁节点格点、沿x轴方向磁支路的磁节点格点、沿y轴方向磁支路的磁节点格点、沿z轴方向磁支路的磁节点格点；其中，该电磁参数单元为由两个六面立方体嵌套构成的双层立方体；(1)其中，在以磁节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A1、由该电节点格点A1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B1、由该电节点格点B1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C1、由该电节点格点C1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D1，该电节点格点D1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A1；以及由该电节点格点A1沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E1、由该电节点格点E1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点F1、由该电节点格点F1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点G1、由该电节点格点G1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点 H1，该电节点格点H1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点E1；此时，所述电节点格点B1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点F1，所述电节点格点C1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点G1，所述电节点格点D1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点H1；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’1、由该磁节点格点A’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’1、由该磁节点格点B’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’1、由该磁节点格点C’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’1，该磁节点格点D’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’1；以及由该磁节点格点A’1沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’1、由该磁节点格点E’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’1、由该磁节点格点F’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’1、由该磁节点格点G’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’1，该磁节点格点H’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’1；此时，所述磁节点格点B’1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’1，所述磁节点格点C1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’1，所述磁节点格点D1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’1；(2)其中，在以电节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’2、由该磁节点格点A’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’2、由该磁节点格点B’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’2、由该磁节点格点C’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’2，该磁节点格点D’2沿在z轴正方向经 过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’2；以及由该磁节点格点A’2沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’2、由该磁节点格点E’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’2、由该磁节点格点F’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’2、由该磁节点格点G’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’2，该磁节点格点H’2沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’2；此时，所述磁节点格点B’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’2，所述磁节点格点C’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’2，所述磁节点格点D’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’2；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A2、由该电节点格点A2沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B2、由该电节点格点B2再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C2、由该电节点格点C2沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D2，该电节点格点D2沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A2；以及由该电节点格点A2沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E2、由该电节点格点E2沿x轴正方向经过电支路而来...

【技术特征摘要】
1.一种考虑磁单极子影响的三维电磁场数值计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1：获取计算对象区域内完成计算所需的信息，包括：根据计算要求所确定的计算频率f、计算对象区域内相对介电常数εr、计算对象区域内相对磁导率μr、计算对象区域内导电材料电导率κe、计算对象区域内导磁材料磁导系数κm、电压激励Ue,ex、电流激励Ie,ex、磁压激励Um,ex、磁流激励Im,ex、电荷密度ρe、磁荷密度ρm以及根据计算要求所确定的区域边界条件；步骤S2：将计算对象区域离散化为重复排列的电磁参数单元，每个电磁参数单元包含八类格点，分别是：电节点格点、沿x轴方向电支路的电节点格点、沿y轴方向电支路的电节点格点、沿z轴方向电支路的电节点格点、磁节点格点、沿x轴方向磁支路的磁节点格点、沿y轴方向磁支路的磁节点格点、沿z轴方向磁支路的磁节点格点；其中，该电磁参数单元为由两个六面立方体嵌套构成的双层立方体；(1)其中，在以磁节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A1、由该电节点格点A1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B1、由该电节点格点B1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C1、由该电节点格点C1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D1，该电节点格点D1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A1；以及由该电节点格点A1沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E1、由该电节点格点E1沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点F1、由该电节点格点F1再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点G1、由该电节点格点G1沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点H1，该电节点格点H1沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点E1；此时，所述电节点格点B1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点F1，所述电节点格点C1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点G1，所述电节点格点D1沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点H1；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’1、由该磁节点格点A’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’1、由该磁节点格点B’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’1、由该磁节点格点C’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’1，该磁节点格点D’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’1；以及由该磁节点格点A’1沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’1、由该磁节点格点E’1沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’1、由该磁节点格点F’1再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’1、由该磁节点格点G’1沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’1，该磁节点格点H’1沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’1；此时，所述磁节点格点B’1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’1，所述磁节点格点C1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’1，所述磁节点格点D1沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’1；(2)其中，在以电节点为中心的情况下，外层六面体具备八个顶点，分为：磁节点格点A’2、由该磁节点格点A’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点B’2、由该磁节点格点B’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点C’2、由该磁节点格点C’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点D’2，该磁节点格点D’2沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点A’2；以及由该磁节点格点A’2沿y轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点E’2、由该磁节点格点E’2沿x轴正方向经过磁支路而来的磁节点格点F’2、由该磁节点格点F’2再沿z轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点G’2、由该磁节点格点G’2沿x轴负方向经过磁支路而来的磁节点格点H’2，该磁节点格点H’2沿在z轴正方向经过磁支路的磁节点格点即所述磁节点格点E’2；此时，所述磁节点格点B’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点F’2，所述磁节点格点C’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点G’2，所述磁节点格点D’2沿y轴正方向经过磁支路的磁节点格点为所述磁节点格点H’2；同时，内层六面体具备八个顶点，分为：电节点格点A2、由该电节点格点A2沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点B2、由该电节点格点B2再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点C2、由该电节点格点C2沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点D2，该电节点格点D2沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点A2；以及由该电节点格点A2沿y轴正方向经过电支路而来的电节点格点E2、由该电节点格点E2沿x轴正方向经过电支路而来的电节点格点F2、由该电节点格点F2再沿z轴负方向经过电支路而来的电节点格点G2、由该电节点格点G2沿x轴负方向经过电支路而来的电节点格点H2，该电节点格点H2沿在z轴正方向经过电支路的电节点格点即所述电节点格点E2；此时，所述电节点格点B2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点F2，所述电节点格点C2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点G2，所述电节点格点D2沿y轴正方向经过电支路的电节点格点为所述电节点格点H2；步骤S3：计算每个电节点格点的电导纳及每个磁节点格点的磁导纳，具体过程如下：步骤S301：对于每个电节点格点，通过如下关系计算该格点处电导纳Ye：Ye＝κe·d+i·2·π·f·ε0·εr·d(1)其中κe为该格点处电导率，d为该格点临近电节点格点间距离，i为虚数单位，π为圆周率，f为计算频率，ε0为真空介电常数，εr为该格点处相对介电常数；步骤S302：对于每个磁节点格点，通过如下关系计算该格点处磁导纳Ym：Ym＝κm·d+i·2·π·f·μ0·μr·d(2)其中，κm为该格点处磁导系数，d为该格点临近磁节点格点间距离，i为虚数单位，π为圆周率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小健，聂秀丽，杜晓琳，赵晓凡，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11