一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法技术

本发明专利技术公开一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。本发明专利技术提出利用误差公式进行频率响应收敛判断，进而能够得到合适的频率采样点，相较于其他方法，减少所需要的采样点，加快仿真速度。本发明专利技术提出非线性问题转换成两个线性问题，通过迭代计算出精确的极点和残基的值，求解线性方程，得到准确的频率响应拟合值，加快计算速率，提高准确度。提高准确度。提高准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法


[0001]本专利技术属于电磁场数值计算领域，具体是一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。

技术介绍

[0002]电磁问题的全波模拟是现代计算技术中最具挑战性的问题之一。基于积分方程的矩量法作为有效求解方法，得到广泛应用。对于许多实际应用，电磁问题需要在宽频带中得到解决。然而，对于频域求解器，需要计算许多频点来描述频率响应，特别是对于频率响应在宽频带内变化迅速的问题。
[0003]为了克服这一问题，已经开发了许多扫描技术，如自适应多点(AMP)方法、渐近波形评估(AWE)。最流行的方法之一是自适应频率扫描方法，在电磁模拟中，通过使用基于插值的频率扫描，能够大大减少直接计算时的频率点数。然而，对于快速变化的频率响应，误差阈值应设置为一个非常小的数值，那么原来自适应频率扫描计算出的频率点的数量相应地可能仍然非常大，所消耗的时间也会更久。
[0004]本专利技术提出一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。该方法采用新型自适应频率扫描技术，融合频率拟合技术和二分法，能够更快速又准确的得到频段内的响应结果，因此实现高效的自适应频率扫描。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是为了针对现有的技术存在的不足，提供了一种高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。
[0006]本专利技术方法包括以下步骤：
[0007]步骤(1)、将天线视为在入射场(E
inc
,H
inc
)照射下的理想导体，该导体位于电磁参数为(ε
(e)
,μ
(e)
)的媒质空间中；该导体外部区域的电场、磁场分别为E
e
、H
e
，导体内部电场和磁场均为0；ε为介电常数，μ为磁导率；
[0008]步骤(2)、根据天线设定的频率范围[f1,f2]，初始化选择频率范围的端点以及中间值f
min
，f
mid
，f
max
作为频率采样点，其中f
min
＝f1，f
mid
＝(f1+f2)/2，f
max
＝f2；然后采用矩量法求解导体内部电磁场，计算得到对应的频率响应理论值S(f
min
)，S(f
mid
)，S(f
max
)；
[0009]步骤(3)、获取频率范围内所有频率点对应的频率响应拟合值；
[0010]步骤(4)、判断当前迭代下所有频率响应拟合值是否达到收敛标准，若是则输出所有频率响应拟合值，若否则利用二分法进行新增频率采样点，返回步骤(2)。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现上述的一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。
[0012]本专利技术的又一个目的是提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理
器实现上述的一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本方法相比较传统的方法能够更快速且准确的得到一个频段的频率响应。
[0015]本专利技术提出利用误差公式进行频率响应收敛判断，进而能够得到合适的频率采样点，相较于其他方法，减少所需要的采样点，加快仿真速度。
[0016]本专利技术提出非线性问题转换成两个线性问题，通过迭代计算出精确的极点和残基的值，求解线性方程，得到准确的频率响应拟合值，加快计算速率，提高准确度。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实现高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法的流程图；
[0018]图2是本专利技术用于测试的蝶形贴片天线模型；
[0019]图3是本专利技术测试的结果。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术做详细的说明。
[0021]如图1一种高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法，采用一种用有理函数近似拟合测量或计算频域响应，这是缩放程序用一组改进的极点替换一组起始极点来实现的。
[0022]本专利技术方法包括以下步骤：
[0023]步骤(1)、将天线视为在入射场(E
inc
,H
inc
)照射下的理想导体，该导体位于电磁参数为(ε
(e)
,μ
(e)
)的媒质空间中；该导体外部区域的电场、磁场分别为E
e
、H
e
，导体内部电场和磁场均为0；ε为介电常数，μ为磁导率；
[0024]步骤(2)、根据天线设定的频率范围[f1,f2]，初始化选择频率范围的端点以及中间值f
min
，f
mid
，f
max
作为频率采样点，其中f
min
＝f1，f
mid
＝(f1+f2)/2，f
max
＝f2；然后采用矩量法求解导体内部电磁场，计算得到对应的频率响应实际值S(f
min
)，S(f
mid
)，S(f
max
)；
[0025]所述的采用矩量法求解导体内部电磁场具体如下：
[0026]2‑
1采用矩量法求解导体内部电场：
[0027]导体内部电场积分方程：
[0028][0029]式中表示导体外法向单位矢量，η表示媒质空间的波阻抗，L表示线性算子，J表示电流密度，E
inc
表示入射电场；
[0030]RWG基函数定义为具有公共边的两个相邻三角形上，可模拟任意形状物体的表面电、磁流分布；
[0031]RWG基函数的定义式为：
[0032][0033]式中l
n
表示第n对相邻三角形的公共边长度，和分别为相邻三角形和的面积，是三角形的顶点指向点r的矢量，是三角形的顶点指向点r的矢量；f
n
(r)表示场区域中第n个RWG基函数；
[0034]导体表面上的未知电流可用RWG基函数展开成如下形式：
[0035][0036]式中I
n
表示未知的电流展开系数(未知量)，N表示未知量数；
[0037]将公式(3)代入公式(1)得到：
[0038][0039]其中L(f
n
(r))表示RWG基函数f
n
(r)的线性方程；
[0040]以RWG基函数作为检验函数，检验电场积分方程可得：
[0041]其中f
m
(r)表示场区域中第m个RWG基函数；
[0042]因为f
m
(r)始终是沿导体表面切向的，所以改写如下形式：
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)、将天线视为在入射场(E
inc
,H
inc
)照射下的理想导体，该导体位于电磁参数为(ε
(e)
,μ
(e)
)的媒质空间中；该导体外部区域的电场、磁场分别为E
e
、H
e
，导体内部电场和磁场均为0；ε为介电常数，μ为磁导率；步骤(2)、根据天线设定的频率范围[f1,f2]，初始化选择频率范围的端点以及中间值f
min
，f
mid
，f
max
作为频率采样点，其中f
min
＝f1，f
mid
＝(f1+f2)/2，f
max
＝f2；然后采用矩量法求解导体内部电磁场，计算得到对应的频率响应理论值S(f
min
)，S(f
mid
)，S(f
max
)；步骤(3)、获取频率范围内所有频率点对应的频率响应拟合值；3
‑
1通过拟合两个多项式的比值，得到频率f的频率响应拟合值1通过拟合两个多项式的比值，得到频率f的频率响应拟合值其中d1…
d
N
均表示分子多项式的系数，b1…
b
N
均表示分母多项式的系数；由于有理函数近似，将公式(14)改写成：式中a
n
表示极点，c
n
表示残基，d和h均表示线性常量；3
‑
2对公式(15)进行简化，求解出极点、残基；具体如下：1)初始化随机定义极点估计值、残基估计值，迭代次数i＝1；2)对公式(15)引入函数σ(f)：2)对公式(15)引入函数σ(f)：式中表示极点估计值，表示残基估计值；对上述公式(16)简化得到：进一步将公式(18)用Ax＝b形式表示：
其中x表示频率采样点的数量；对公式(19)求解得到c1…
c
N
、d、h、3)根据上述已知的极点估计值和步骤2)求解得到的残基估计值，构建矩阵A
‑
BC；求解矩阵A
‑
BC的特征值，得到极点值；4)将极点估计值更新为步骤2)得到的极点值，返回步骤2)，更新迭代次数i＝i+1,直至迭代次数i达到迭代最大次数，得到极点准确值；5)更新迭代残基，获取残基准确值；具体如下：将步骤4)得到的极点准确值作为极点估计值，对公式(15)再次改写成矩阵形式：求解得到残基准确值c1～c
N
、d、h；6)将步骤4)和5)求解得到的极点准确值、残基准确值，以及根据公式(21)求解得到的d、h代入到公式(15)，得到频率响应拟合值；步骤(4)、判断当前迭代下所有频率响应拟合值是否达到收敛标准，若是则输出所有频率响应拟合值，若否则利用二分法进行新增频率采样点，返回步骤(2)。2.如权利要求1所述的一种使用高效自适应频率扫描的宽带电磁仿真方法，其特征在于步骤(2)中所述的采用矩量法求解导体内部电磁场具体如下：2
‑
1采用矩量法求解导体内部电场：导体内部电场积分方程：
式中表示导体外法向单位矢量，η表示媒质空间的波阻抗，L表示线性算子，J表示电流密度，E
inc
表示入射电场；RWG基函数定义为具有公共边的两个相邻三角形上，可模拟任意形状物体的表面电、磁流分布；RWG基函数的定义式为：式中l
n
表示第n对相邻三角形的公共边长度，和分别为相邻三角形和的面积，是三角形的顶点指向点r的矢量，是三...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智英，赵鹏，陈世昌，袁博，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：