基于时域不连续伽辽金算法的时域屏蔽效能分析

[目的]为精确分析金属屏蔽腔的时域屏蔽效能,提出一种基于局部时间步进技术和并行技术的时域不连续伽辽金(DGTD)算法。[方法]利用DGTD算法,对金属屏蔽腔进行全波电磁仿真,进而计算时域屏蔽效能(TDSE);利用局部时间步进(LTS)技术增大时间步长,然后结合并行技术显著缩短计算时间;分析金属屏蔽腔的孔径尺寸、腔体厚度、阵列孔间距等设计参数对时域屏蔽效能的影响。[结果]数值算例结果显示,所提方法正确、有效。[结论]所提方法为电磁屏蔽问题的仿真提供了一种有效的工具,对金属屏蔽腔的设计具有一定的指导意义。

一种简化的时域非连续伽略金阻抗边界算法

针对时域非连续伽略金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法中的阻抗边界条件问题开展研究.阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部,其在时域数值算法中的实现有一定难度.另一方面,DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗边界条件,这也进一步增加了频时转换难度.为了能给出简化的DGTD阻抗边界算法,本文首先针对数值通量表达式进行推导,得到一个特定函数Z_(R),该函数包含频域算符jω,函数以外表达式不含频域算符jω,这样就可以仅处理Z_(R)的频时转换问题.由于Z_(R)形式复杂,对Z_(R)进行矢量匹配处理,得到关于jω的一阶有理分式,进而得到其时域迭代式.这一过程简明、易于实施,还可避开矩阵计算.本文方案经一维及三维算例验证,精度很好,针对特定电磁问题如涂覆层问题可大幅降低计算时间.

一种强鲁棒性的时域非连续伽略金可穿透薄层算法

本文研究了时域非连续伽略金算法(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)中的可穿透薄层问题,薄层问题属于多尺度问题,精确建模资源消耗太高难以实施,可采用近似方案.研究发现采用等效表面电流激励易产生发散,为提高计算方案鲁棒性,研究了电磁场修正方案,这一方案允许采用参数很大的薄层(高介电系数),其计算方法简便易行.此外,还给出了多层介质薄层的仿真方案,并对相关数值算例进行验证,结果说明了本文算法的精确性和有效性,本文方案可用于复杂薄层电磁问题的快速求解.

二维TM波时域非连续伽略金算法理论数值通量研究

采用数值通量的方式进行场量交互是时域非连续伽略金(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)算法区别于时域有限元(Finite Element Time Domain,FETD)方法的主要方面.从二维TM情形弱解方程出发,讨论了当前三角形单元和相邻单元进行场量交互时数值通量物理意义和不同形式.结合数值通量和弱解方程得到了DGTD算法的迭代计算式.给出了线元辐射和双线元干涉的数值算例,算例结果表明了文中方法的正确性.

时域非连续伽辽金法在谐振腔中的应用

给出了时域非连续伽辽金(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)法的基本思想,从Maxwell方程出发得到弱解形式和矩阵方程,进一步给出了DGTD步进计算式.计算了空腔和填充谐振腔的谐振频率,并与解析结果相比较.算例表明在谐振腔计算中DGTD可以达到很高的精度.

井下采空区时域不连续伽辽金法电磁正演

为了获取准确的井下采空区的地理信息,利用时域不连续伽辽金法(DGTD)和高阶叠层矢量基函数的特点,建立了井下采空区三维空间模型,研究了高阶叠层矢量基函数阶数对井下采空区电磁正演精度的影响,得到井下采空区电磁场强度的空间分布规律。井下采空区电磁正演模拟结果表明,采用2.5阶叠层矢量基函数的DGTD方法计算精度比传统低阶棱边基函数提高了74%,证明了该方法对复杂目标电磁特性研究的实用性,并能准确可靠地实现井下采空区地质结构的电磁探测。

改进的二维三维混合时域不连续伽辽金方法

对高速信号通过电源板时的电源完整性(power integrity,PI)问题进行研究时,因为电源板中主要模式分布为零阶平行板模式,可以采用二维简化以提高效率.而对于隔离盘或其它存在纵向不连续性的区域,则应采用三维算法以保证精度.将两者结合起来的一种二维三维(2D/3D)混合时域不连续伽辽金(discontinuous Galerkin time domain,DGTD)方法可以兼顾精度与效率,有效地处理这类电磁全波计算问题.其中二维、三维方法采用同一套三棱柱离散的网格,通过适当设置基函数,二维区域与二维区域之间可以方便快速地相互转化.随着电磁波的传播,二维、三维的适用区域是随时间、空间动态变化的.为了准确地捕捉这种动态变化,文中提出的一种改进的自适应判据,在每个时间歩对电磁场进行检测,从而动态地判定二维简化区域.与现有技术的判据控制绝对误差不同,该方法对相对误差进行控制,效率高、精度好,对于不同的结构适应性强.通过数值实验,与商业软件和全三维(3D)DGTD方法的结果进行了比较和验证.

基于时域精细算法的EFG方法及其在粘弹性问题中的应用

将时域精细算法与EFG方法相结合 ,求解粘弹性静、动力问题 .通过离散时间段上的变量展开 ,将时空耦合的初边值问题转化为一系列递推形式的边值问题 ,然后利用EFG方法进行自适应计算 ,对非线性问题无需进行迭代求解 .此外 ,通过面力耦合技术 ,将FE方法和EFG方法简明有效地结合起来 ,避免了界面上形函数的复杂化 .

电磁场时域数值算法的新进展

电磁场时域计算方法由于一次计算可以获得目标的时域响应,结合傅里叶变换得到宽带信息等的优势越来越受到关注.本文介绍了近年来时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法和时域有限元(finite element time-domain,FETD)无条件稳定算法方面的研究进展以及FETD算法的更新方案--时域非连续伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)方法的新进展.

基于局部搜索算法的自然邻接点方法

自然邻接点方法(NNM)采用自然邻接点形函数进行插值,其插值形函数具有严格定义,且与有限元形函数一样形式简洁、性能优良,因而避免了EFG法里难以准确施加位移边界条件和材料不连续条件等诸多主要困难.但是从形式上看自然邻接点方法仍然属于有网格的方法,其研究和应用受到了较大的限制.为了克服这个缺点,对于任意给定的数值积分点,提出了一种基于局部搜索自然邻接点的寻找算法对NNM进行改进.改进后的NNM与无单元伽辽金法(EFG)的插值和求解过程类似,兼具有EFG的真正无网格特性及NNM的便于处理边界和材料不连续条件等优点.所得计算结果表明,改进后的NNM的计算精度和计算时间与NNM相当,是一种比较理想的数值求解方法.

GaN基高功率微波器件高效场路协同分析方法

以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体正促使着固态微波功率器件向着更高功率、更高效率、集成化的方向不断发展,但这会导致器件内部电磁场分布效应更为显著,单一的路仿真已无法满足分析设计的精度需求,亟需建立有源GaN器件与无源电磁结构的一体化协同仿真技术.针对这一需求,本文提出基于时域不连续伽辽金技术的GaN基高功率微波器件高效场路协同仿真方法,将所提取的GaN HEMT(high electron mobility transistor)器件大信号紧凑模型引入电磁场方程中,采用局部时间步进技术以消除非线性紧凑模型及多尺度网格对全局算法稳定性条件的限制,实现有源器件-无源电磁结构、多尺度粗细网格的高效自适应求解.通过数值仿真算例与实验测试及软件计算结果对比展示了本文所提方法准确性和高效性,可为先进大功率微波器件的高可靠研发提供理论基础与设计参考.