一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法技术

本发明专利技术属于计算电磁领域，涉及一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法。本发明专利技术基于有理函数拟合依据前步的结果，使用一段子区间内两次拟合函数各自积分的差值，更好的体现了区间内传输散射参数变化的程度，减少了拟合次数；有效的提高采样点的选取效率，既减少了多余的采样点的插入，也提高了对变化剧烈区段的拟合精度。在变化剧烈的区段，采样点不足时，两次拟合差别较大，本发明专利技术的自适应方法自然的会倾向于向该区段插入新的采样点；反之，变化平缓的区段，前后两次拟合的差别小，不需要再插入新的采样点；从而提高了插值扫频的效率和准确度。本发明专利技术有效解决了现有方法中自适应采样效果较差和复杂的问题。效果较差和复杂的问题。效果较差和复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法


[0001]本专利技术属于计算电磁领域，涉及一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法。

技术介绍

[0002]在电磁设备的设计当中,如滤波器、功分器、连接器、天线等，传输散射参数是其中非常重要的一项。同时在设计中我们一般不仅关注单一频点下的传输散射参数，还更多的关心模型的传输散射参数在一段频带内的表现。因此，十分有必要在电磁辅助设计中引入频率扫描工具，来获得传输散射参数的频率响应特性。
[0003]目前，计算电磁的有限元方法中，宽频带电磁参数频率相应的计算主要使用离散扫频、插值扫频及快速扫频三种方法。离散扫频即使用同一套网格生成的矩阵计算不同频率下的解。插值扫频即在频带内选取一些点，使用离散扫频计算出结果，再利用插值技术得到响应曲线。快速扫频通过模型降阶，减少未知量数目，从而加快计算效率。
[0004]插值扫频方法的实施中，我们使用基于部分分式形式的拟合，这样具有更强的数值稳定性。插值扫频过程中需要选取若干采样点，其中每个采样点都要进行一次矩阵的集成和求解，而这往往是有限元求解中用时最多的步骤。可见插值扫频的效率很大程度上取决于采样点的数量。当采样点过少时，有可能拟合效果很差；过多时，则可能造成资源的浪费。观察一个频段内的频率响应，其中可能既含有变化平缓的区段，也含有变换迅速的区段。针对平缓的区段，可以使用较少的采样点；而对于变化迅速的区段，则应该增加采样点。但在求解问题之前，我们往往并不能了解其频率响应的变化趋势，很难预设合适的采样点。
[0005]现有传输散射参数插值扫频中的自适应采样技术，多基于离散点误差，即通过对比拟合函数在采样点处的误差，来寻找新的采样点；其不能很好的反映各个子区段内的误差变化情况。另有一些自适应方法，需要在当前采样点集之中反复取不同子集，产生多个拟合函数，再通过拟合函数相互间以及与采样点误差比对，来寻找新的采样点，这样有些过于繁琐。

技术实现思路

[0006]针对上述存在问题或不足，为解决现有传输散射参数插值扫频中的自适应采样存在效果较差和复杂的问题，本专利技术提供了一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法，基于有理函数拟合依据前步的结果，合理的插入新的采样点，准确且易于实施。
[0007]一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、对目标波导进行三维建模，加入材料、边界及激励，再提取出相应的计算模型，得到对应的求解域V。
[0009]步骤2、采用四面体网格剖分步骤1所得求解域V，得到相应的离散域。
[0010]步骤3、在此步骤中，添加新的采样点到采样点集K
(j
‑
1)
，得到采样点集K
(j)
，并计算得到该新加的采样点对应的各个端口传输散射参数。其中，j表示第几次自适应循环，K
(j)
表示第j次自适应循环所对应的采样点集。另需要注意的是，j＝1时需要特殊处理。
[0011]当j＝1时(即第一次自适应循环)，由f
min
和f
max
两个采样点生成采样点集K
(1)
，式中，f
min
为待求频带W的最小频率，f
max
为待求频带W的最大频率。对步骤2所得的离散域使用有限元方法，计算得到其传输散射参数H(s
min
)和H(s
max
)。式中，s
min
和s
max
对应新加采样点f
min
和f
max
变换到复频域后的值。
[0012]当j≠1时，新加采样点f
new
到采样点集K
(j
‑
1)
得到采样点集K
(j)
，并对步骤2所得的离散域使用有限元方法，计算得到其传输散射参数H(s
new
)，s
new
为新加采样点f
new
变换到复频域后的值。
[0013]计算传输散射参数的具体过程如下：
[0014]针对新加入的采样点f
new
(j＝1时则为分别针对f
min
和f
max
计算)，首先针对步骤2中所产生的离散域，采用矢量有限元法，根据网格信息集成有限元矩阵，得到待解线性方程Ax＝b；其中，b与源对应，x为基函数的系数。
[0015]解出该方程，得到系数x。结合四面体单元的基函数，即可得到对应频率下的电磁场。
[0016]提取端口上的电磁场，计算得到各端口传输散射参数，即H(s
new
)；当j＝1时，则为分别得到H(s
min
)和H(s
max
)两个值。
[0017]步骤4、利用当前自适应循环的采样点集K
(j)
和采样点的传输散射参数计算值H(s
k
)，k为采样点集K
(j)
中采样点的编号，s
k
对应第k个采样点f
k
变换到复频域的值，H(s
k
)对应采样点f
k
的传输散射参数计算值，进行有理函数拟合，得到拟合函数H
fit,j
(s)；式中，下标fit表示该函数为拟合函数，下标j表示该拟合函数对应第j次自适应循环。
[0018]拟合方法基于无源下传输散射参数的复频域状态空间：
[0019][0020]式中，x(s)为状态向量，y(s)为输出向量，u(s)为输入向量，A为状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵。D和D1为前馈矩阵，其中D与输入向量本身对应，而D1与时域下输入向量的一阶导相对应。
[0021]拟合迭代格式：
[0022]H
fit
(s)＝σ(s)H(s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023]其中，s表示复频域变量，H(s)对应表示事实上的频率响应函数(未知)，H
fit
(s)为拟合函数，σ(s)为迭代因子。通过代入采样点集K
(j)
和对应的传输散射参数计算值H(s
k
)，建立一个该拟合迭代格式(1)的最小二乘问题。
[0024]拟合迭代分为两层循环：
[0025]内层循环：第q次内层循环时，代入采样点集K
(j)
数据，对上述拟合迭代格式(1)最小二乘求解，将得到的第q次内存循环的迭代因子σ
(q)
(s)的零点作为新的极点开始第q+1次内层循环。并重复内层循环直到极点收敛。
[0026]外层循环：从阶数m＝1开始，若RMS≤RMS
max
或m≥m
max
，则结束拟合，得到拟合函数H
fit,j
(s)。否则，令m＝m+1，重新开始内层循环。其中，R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应采样的传输散射参数插值扫频方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对目标波导进行三维建模，加入材料、边界及激励，再提取出相应的计算模型，得到对应的求解域V；步骤2、采用四面体网格剖分步骤1所得求解域V，得到相应的离散域；步骤3、添加新的采样点到采样点集K
(j
‑
1)
，得到采样点集K
(j)
，并计算得到该新加的采样点对应的各个端口传输散射参数；其中，j表示第几次自适应循环，K
(j)
表示第j次自适应循环所对应的采样点集；当j＝1时，由f
min
和f
max
两个采样点生成采样点集K
(1)
，f
min
为待求频带W的最小频率，f
max
为待求频带W的最大频率；对步骤2所得的离散域使用有限元方法，计算得到其传输散射参数H(s
min
)和H(s
max
)，s
min
和s
max
对应新加采样点f
min
和f
max
变换到复频域后的值；当j≠1时，新加采样点f
new
到采样点集K
(j
‑
1)
得到采样点集K
(j)
，并对步骤2所得的离散域使用有限元方法，计算得到其传输散射参数H(s
new
)，s
new
为新加采样点f
new
变换到复频域后的值；步骤4、利用当前自适应循环的采样点集K
(j)
和采样点的传输散射参数计算值H(s
k
)，k为采样点集K
(j)
中采样点的编号，s
k
对应第k个采样点f
k
变换到复频域的值，H(s
k
)对应采样点f
k
的传输散射参数计算值，进行有理函数拟合，得到拟合函数H
fit,j
(s)；下标fit表示该函数为拟合函数，下标j表示该拟合函数对应第j次自适应循环；拟合方法基于无源下传输散射参数的复频域状态空间：式中，x(s)为状态向量，y(s)为输出向量，u(s)为输入向量，A为状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵；D和D1为前馈矩阵，其中D与输入向量本身对应，而D1与时域下输入向量的一阶导相对应；拟合迭代格式：H
fit
(s)＝σ(s)H(s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，s表示复频域变量，H(s)对应表示事实上的频率响应函数，H
fit
(s)为拟合函数，σ(s)为迭代因子；通过代入采样点集K
(j)
和对应的传输散射参数计算值H(s
k
)，建立一个拟合迭代格式(1)的最小二乘问题；拟合迭代分为两层循环：内层循环：第q次内层循环时，代入采样点集K
(j)
数据，对拟合迭代格式(1)最小二乘求解，将得到的第q次内存循环的迭代因子σ
(q)
(s)的零点作为新的极点开始第q+1次内层循环，并重复内层循环直到极点收敛；外层循环：从阶数m＝1开始，若RMS≤RMS
max
或m≥m
max
，则结束拟合，得到拟合函数H
fit,j
(s)；否则，令m＝m+1，重新开始内层循环；其中，RMS为拟合函数域在采样点的均方根误差，RMS
max
为误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立，薛晨，王浩，廖莉，尹俊辉，李星，刘炳岐，刘杭鑫，李斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：