【技术实现步骤摘要】
一种材料非线性互调及谐波的时域有限差分全波仿真方法
[0001]本专利技术属于微波部件无源互调和谐波效应领域，具体涉及一种材料非线性互调及谐波的时域有限差分全波仿真方法。
技术介绍
[0002]无源互调和谐波非线性效应是微波部件面临的主要可靠性问题之一，受到航天器通信载荷、地面基站以及终端设备等领域的广泛关注。基于全波电磁仿真的无源互调和谐波效应量化评估方法是正向设计高可靠性微波部件和系统的关键基础技术。
[0003]目前国内外基于无源互调和谐波非线性产生机理，分别针对微带电路、腔体部件和网状天线等不同微波部件提出不同的计算方法，例如微带线电热耦合机制无源互调计算方法、波导法兰接触无源互调计算方法、同轴连接器无源互调计算方法等。这些计算方法通常仅适用于特定微波部件或者特定非线性机理，并且计算方法难以嵌入传统电磁计算软件，使其应用范围受到很大限制。因此急需一种与传统电磁数值计算方法兼容的且对不同微波部件和非线性机理适用的全波仿真方法，以解决无源互调和谐波效应数值仿真评估面临的共性问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于时域有限差分法(FDTD)的材料非线性无源互调和谐波效应全波仿真方法。
[0005]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0006]一种材料非线性互调及谐波的时域有限差分全波仿真方法，包括以下步骤：
[0007]1)将实际材料的介电非线性、磁滞非线性、电导非线性和磁导非线性分别转化为如下数学表达形式：
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种材料非线性互调及谐波的时域有限差分全波仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将实际材料的介电非线性、磁滞非线性、电导非线性和磁导非线性分别转化为如下数学表达形式：D＝εE+f1(E)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)B＝μH+g1(H)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)J
c
＝σ
e
E+f2(E)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)M
c
＝σ
h
H+g2(H)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中D、E、B和H分别表示电位移矢量、电场强度、磁感应强度和磁场强度，ε和μ分别表示用来描述线性部分的介电常数和磁导率，J
c
和M
c
分别表示电流密度和磁流密度，σ
e
和σ
h
分别表示用来描述线性部分的电导率和磁流磁导率；函数f1()、g1()、f2()和g2()分别用来描述介电非线性、磁滞非线性、电导非线性和磁导非线性关系；2)将步骤1)的非线性函数方程代入麦克斯韦方程组的旋度方程表达式：2)将步骤1)的非线性函数方程代入麦克斯韦方程组的旋度方程表达式：其中J和M代表外加电流密度和外加磁流密度，代表Del算符，t为时间；3)采用迭代法，将非线性方程组转换为线性方程组，获得求解步骤2)中非线性方程的递推公式：电场强度E和磁场强度H的零阶近似解E0和H0满足方程：满足方程：第m阶近似解E
m
和H
m
满足方程：满足方程：其中m＝1,2,3
…
；4)将第m阶近似解E
m
和H
m
中的线性部分和非线性部分拆分：H
m
＝H0+H
p,m
ꢀꢀꢀꢀ
(11)E
m
＝E0+E
p,m
ꢀꢀꢀꢀ
(12)其中H
p,m
和E
p,m
分别代表磁场和电场的非线性部分，下角标p代表非线性部分，m代表第m阶近似解，并满足递推方程：
5)将步骤4)中的非线性部分对应的微分方程转换为差分方程，并考虑电场和磁场在三维空间中x、y和z方向的分量：电场强度非线性部分的x方向分量的第m阶近似解E
xp,m
所满足的差分方程表达式为：其中：其中：其中：其中：其中i、j和k分别代表沿x、y和z方向的空间位置离散坐标；E和H的下角标xp、yp和zp分别代表x、y和z方向分量的非线性部分，下角标m代表第m阶近似解，上角标n+1、n+1/2和n分别代表第n+1、n+1/2和n时刻；f
1x
()和f
2x
()分别代表f1()和f2()函数关系中的x方向分量；ε和σ
e
的下角标x代表x方向分量；Δt表示时间步长，Δx、Δy和Δz分别代表Yee网格x、y和z方向的尺寸；电场强度非线性部分的y方向分量的第m阶近似解E
yp,m
所满足的差分方程表达式为：
其中：其中：其中：其中：其中f
1y
()和f
2y
()分别代表f1()和f2()函数关系中的y方向分量；ε和σ
e
的下角标y代表y方向分量；电场强度非线性部分的z方向分量的第m阶近似解E
zp,m
所满足的差分方程表达式为：其中：
其中f
1z
()和f
2z
()分别代表f1()和f2()函数关系中的z方向分量；ε和σ
e
的下角标z代表z方向分量；磁场强度非线性部分的x方向分量的第m阶近似解H
...
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