【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁仿真，具体涉及一种基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法。
技术介绍
1、周期结构阵列是由材料和形状相同的单元按照特定规律排列组成的阵列，其在电磁场与微波技术如频率选择表面、相控阵天线等领域具有广泛的应用。精确求解周期性物体的电磁散射在各种应用中具有重要意义。
2、目前关于复合单元双周期结构的算法研究较多，如基于fem(finite elementmethod，有限元)的微分方法、fdtd方法(finite-difference time-domain，时域有限差分)、基于fe-bi(finite element boundary integral，有限单元-边界积分)格式的混合方法。为了减少未知量，基于表面积分方程的方法是较好的选择之一。
3、而无限大周期结构问题指的是，在无限扩展的周期结构中，周期结构单元在整个阵列中所体现出的电磁特性。在现有技术中，对于无限大电磁周期结构的矩量法求解问题，有两种解决方案：一种是基于传统空间域矩量法，该方案无法解决周期结构连接处材料属性和网格剖分不相同的问题，对于周期结构连接处交界面存在开放金属的情况，传统空间域矩量法是通过引入修正的基函数来解决这个问题的，但增加了问题处理的复杂性；另一种是周期连接区域建模方法pcrm，该方法在周期结构单元内使用周期格林函数，在周期结构单元外侧使用自由空间格林函数，减少了周期格林函数的求解时间，弥补了传统空间域矩量法的不足，但是该方法没有考虑到周期结构单元交界面的开放金属上，电流连续性的问题，因此无法处理连接处交界面存
4、因此，针对目前周期连接性建模方法的不足，如何进行改进使得计算无限大周期结构更具有通用性，是本领域内一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、一种基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，包括：
3、基于矩量法，对周期结构单元进行三维建模得到周期结构单元模型，对所述周期结构单元模型设置材料属性、入射波属性，并设置所述周期结构单元以边贴合方式扩展；
4、对得到的周期结构单元模型进行三角形网格剖分；针对剖分得到的每组具有公共边的三角形对构建rwg基函数；利用构建出的所有rwg基函数将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流进行离散化表示；
5、将所述周期结构单元朝向外侧的区域标记为周期空间，其他区域标记为自由空间，针对所述自由空间构建自由空间格林函数的求解表达式，针对所述周期空间构建周期格林函数的求解表达式；
6、针对所述周期结构单元内的每个目标三角形，通过引入虚拟贴片技术pfp，将所述周期结构单元内一个匹配的三角形复制到该目标三角形对应的目标相邻三角形的位置处，作为更新后目标相邻三角形；利用该目标三角形和对应的更新后目标相邻三角形构建一组新的rwg基函数；其中，任一目标三角形对应的目标相邻三角形在所述周期结构单元的相邻周期结构单元内；
7、基于已得到的所有rwg基函数，填充阻抗矩阵和激励向量；
8、根据所述阻抗矩阵、所述激励向量，以及所述周期结构单元的表面电流和表面磁流的离散化表示结果，求解所述周期结构单元的表面电流和表面磁流；
9、将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流对应转化为电场和磁场，由得到的电场和磁场计算散射特性。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述基于矩量法，对周期结构单元进行三维建模得到周期结构单元模型，对所述周期结构单元模型设置材料属性、入射波属性，并设置所述周期结构单元以边贴合方式扩展，包括：
11、利用基于矩量法实现的电磁建模软件，对所述周期结构单元进行三维建模，得到所述周期结构单元模型；
12、对所述周期结构单元模型中的介质材料和金属材料设置材料属性，其中，所述材料属性包括介电常数和磁导率；
13、设置求解时的入射波为平面波，并设置入射波的频率f；设置入射电场为einc，入射磁场为hinc；
14、设置所述周期结构单元的扩展方向，并设置扩展的距离为所述周期结构单元在所述扩展方向的边长度，以使所述周期结构单元以边贴合方式沿着所述扩展方向扩展。
15、在本专利技术的一个实施例中，针对剖分得到的每组具有公共边的三角形对，所构建的rwg基函数，表示为：
16、
17、其中，n表示三角形对的编号；ln表示三角形对公共边的边长；a表示三角形的面积；r表示三角形网格内部采样点的坐标矢量；ρ表示三角形对的公共边对应的顶点到内部采样点r的位置矢量；±分别对应三角形对中两个三角形，分别记为和
18、在本专利技术的一个实施例中，所述利用构建出的所有rwg基函数将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流进行离散化表示，包括：
19、利用构建出的所有rwg基函数，基于预设的电流离散化公式和预设的磁流离散化公式将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流离散化；
20、其中，所述基于预设的电流离散化公式为：
21、
22、所述预设的磁流离散化公式为：
23、
24、其中，η0表示自由空间波阻抗；n表示三角形网格剖分后得到的三角形对的编号总数；αn和βn分别表示编号为n的三角形对所对应的电流加权系数和磁流加权系数，各三角形对所对应的电流加权系数和磁流加权系数均为待求的未知量。
25、在本专利技术的一个实施例中，针对所述自由空间构建自由空间格林函数的求解表达式，包括：
26、利用所述自由空间的媒质参数，针对所述自由空间构建自由空间格林函数的表达式为：
27、
28、其中，g0表示自由空间格林函数；j表示虚数单位；k表示自由空间的波数；以三角形网格内部采样点的坐标矢量r表示场点的位置，r'表示源点的位置。
29、在本专利技术的一个实施例中，针对所述周期空间构建周期格林函数的求解表达式，包括：
30、利用所述周期空间的媒质参数，针对所述周期空间构建周期格林函数的求解表达式为：
31、
32、其中，gprd表示周期格林函数；表示梯度算子；β表示传播常数；δ表示冲击函数；ρba是第a个周期结构单元与第b个周期结构单元之间的距离，ρba表示ρba的模值。
33、在本专利技术的一个实施例中，填充阻抗矩阵采用的公式为：
34、
35、其中，h和u分别表示针对连同新的rwg基函数在内的、已得到的所有rwg基函数所对应的三角形对中，第h个和第u个三角形对的编号；j表示表面电流；m表示表面磁流；阻抗矩阵zjj表示电流-电流阻抗矩阵；zjm表示电流-磁流阻抗矩阵；zmj表示磁流-电流阻抗矩阵；zmm表示磁流-磁流阻抗矩阵；zjj、zjm、zmj、zmm中第h行第u列的元素分别表示为zj本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，所述基于矩量法，对周期结构单元进行三维建模得到周期结构单元模型，对所述周期结构单元模型设置材料属性、入射波属性，并设置所述周期结构单元以边贴合方式扩展，包括：
3.根据权利要求2所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，针对剖分得到的每组具有公共边的三角形对，所构建的RWG基函数，表示为：
4.根据权利要求3所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，所述利用构建出的所有RWG基函数将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流进行离散化表示，包括：
5.根据权利要求4所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，针对所述自由空间构建自由空间格林函数的求解表达式，包括：
6.根据权利要求5所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，针对所述周期空间构建周期格林函数的求解表达式，包括：
7.根据权利要求6所述的基于矩量法的
8.根据权利要求7所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，填充激励向量采用的公式为：
9.根据权利要求8所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，根据所述阻抗矩阵、所述激励向量，以及所述周期结构单元的表面电流和表面磁流的离散化表示结果，求解所述周期结构单元的表面电流和表面磁流，包括：
10.根据权利要求9所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流对应转化为电场和磁场，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，所述基于矩量法，对周期结构单元进行三维建模得到周期结构单元模型，对所述周期结构单元模型设置材料属性、入射波属性，并设置所述周期结构单元以边贴合方式扩展，包括：
3.根据权利要求2所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，针对剖分得到的每组具有公共边的三角形对，所构建的rwg基函数，表示为：
4.根据权利要求3所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，所述利用构建出的所有rwg基函数将所述周期结构单元的表面电流和表面磁流进行离散化表示，包括：
5.根据权利要求4所述的基于矩量法的无限大周期结构通用计算方法，其特征在于，针对所述自由空间构建自由空间格林函数...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勋旺，邹宇甲，林中朝，张玉，张昊楠，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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