[发明专利]一种时域电磁场计算方法与装置

说明书

本发明公开了一种时域电磁场计算方法和装置，涉及电磁场数值计算领域。所述方法包括：根据待求结构生成三维棱柱网格及二维多边形网格，每层棱柱网格对应一层多边形网格；根据棱柱网格和多边形网格分别设置棱柱网格的基函数和多边形网格的基函数，使多边形网格的各个基函数等于对应棱柱网格择一底面的各个基函数；按时间步迭代求解；判断每个待求网格属于三维区域或二维区域；对三维区域中的每个网格采用三维处理，对二维区域中的每个网格采用二维处理；对所有网格，采用统一处理。所述装置包括：设置网格模块、设置基函数模块、时间迭代模块、判断模块、计算模块一、计算模块二。本发明能提供时域信息，适用范围广，计算量少。

技术领域

本公开涉及电磁场数值计算领域，特别涉及一种对于时域电磁场进行仿真计算的方法与装置。

背景技术

对于一定结构，如果电场只主要存在于一个方向，称作主要电场方向，且沿该方向电场值基本不变，磁场只主要存在于与电场方向正交的平面上，如图1。这样的电磁场分布可以用二维网格来离散近似表达，所以可以采用二维算法进行计算。相比三维算法，二维算法未知量少，计算量小。但缺点是适用性窄，对结构内部电磁场分布有限制要求。

三维算法常采用四面体作为基本网格单元，适用于各种结构，对内部电磁场分布没有限制，但缺点是是未知量多，计算量大。

文献【1】将待求结构划分为三维区域和二维区域分别求解，从而适应性强，未知量少，但它是频域方法，不能够提供时域信息。

时域电磁场仿真能够提供时域信息，便于分析时域脉冲、频域宽带的电磁响应，并且能够对时变媒质进行处理，有其独特的应用优势。

时域有限元法(Finite Elements Time Domain，FETD)应用有限元方法(FiniteElement Method，FEM)【2】从支配方程和边界条件出发将计算区域划分为多个单元后导出矩阵方程并求解，再通过时间离散获得时域步进公式，从而获得时域解答。

时域不连续迦略金方法(Discontinuous Galerkin Time Domain,DGTD)可以看做时域有限体积法和时域有限元法的结合。类似时域有限体积法，时域不连续迦略金法采用数值流在不同网格间传送数据。所以它可以被看做一种区域分解方法，每个网格都是一个独立的区域，在当前时间步独立求解，而与当前的其余网格无关。类似时域有限元法，它采用非结构化网格，所以几何拟合的误差小，并能够利用高阶基函数提高精度。因为时域不连续迦略金法有众多的优点，获得了广泛的应用。但是对于三维结构，仍然存在未知量多，计算量大的缺点。

参考文献：

【1】Y.J.Zhang et al.,“An Efficient Hybrid Finite-Element Analysis ofMultiple Vias Sharing the Same Anti-Pad in an Arbitrarily Shaped Parallel-Plate Pair,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.63,no.3,pp.883–890,Mar.2015.

【2】J.-M.Jin,The finite element method in electromagnetics,Thirdedition.Hoboken.New Jersey:John Wiley&Sons Inc,2014.

公开内容

为了解决对三维结构进行时域电磁场计算时，二维算法适用性窄，三维算法未知量多的问题，本公开实施例提供了一种时域电磁场计算的方法和装置。所述技术方案如下：

一种时域电磁场计算方法，包括：

根据待求结构生成三维棱柱网格及二维多边形网格，其中多边形网格是棱柱网格的直截面，与棱柱网格一一对应，每层棱柱网格对应一层多边形网格；