[发明专利]基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法、装置及相关组件有效

专利信息
申请号: 202110350679.7 申请日: 2021-03-31
公开(公告)号: CN113158517B 公开(公告)日: 2022-08-09
发明(设计)人: 冯乃星;张玉贤;汪国平 申请(专利权)人: 深圳大学
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F30/10;G06F113/26
代理公司: 深圳市精英专利事务所 44242 代理人: 武志峰
地址: 518000 广东省深*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 基于 系统 矩阵 结合 cn fdtd 仿真 方法 装置 相关 组件
【权利要求书】:

1.一种基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,包括:

对待仿真材料分别建立电磁参数分布模型和3D几何模型;

基于所述电磁参数分布模型对所述3D几何模型赋予对应的电磁材料属性;

基于所述3D几何模型设置对应的初始条件和边界条件;

结合所述初始条件和边界条件,并利用均匀网格对所述3D几何模型进行剖分;

利用平面电磁波斜入射至剖分后的3D几何模型,获取三维时间域电磁场量的分布情况;

通过基于系统矩阵结合的CN-FDTD方法的模拟计算过程,对所述三维时间域电磁场量在模拟计算过程中的每一个时间步进行记录,并采用离散傅立叶变换获取三维频率域电磁场量,实现三维全波电磁仿真过程;

所述通过基于系统矩阵结合的CN-FDTD方法的模拟计算过程,对所述三维时间域电磁场量在模拟计算过程中的每一个时间步进行记录,包括:

通过麦克斯韦旋度方程组确定电磁波的反对称张量C:

结合所述反对称张量C,在时间方向上使用CN离散方法,得到系统矩阵:

式中,和是在第n+1时间步的不确定变量,和是在第n时间步的已知变量;

将所述反对称张量C分解为第一微分张量A和第二微分张量B,其中:

根据所述第一微分张量A和第二微分张量B,将所述CN-FDTD展开:

联合所述CN-FDTD的展开式,得到所述系统矩阵的统一公式:

式中,I6×6、R6×6、P、Q均表示6×6单位矩阵,表示由电场强度和磁场强度构成的第n个时间步,表示由电场强度和磁场强度构成的第n+1个时间步;

利用所述系统矩阵的统一公式进行模拟计算,并记录所述三维时间域电磁场量在模拟计算过程中的每一个时间步。

2.根据权利要求1所述的基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,所述电磁材料属性包括介电常数、磁导率、电导率。

3.根据权利要求1所述的基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,所述结合所述初始条件和边界条件,并利用均匀网格对所述3D几何模型进行剖分,包括:

基于所述初始条件,利用均匀网格对所述3D几何模型进行初始化剖分;

将所述边界条件作为剖分后的3D几何模型的计算截断边界。

4.根据权利要求1所述的基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,所述利用平面电磁波斜入射至剖分后的3D几何模型,获取三维时间域电磁场量的分布情况,包括:

将所述平面电磁波作为激励源,对剖分后的3D几何模型进行辐射计算;

所述平面电磁波在剖分后的3D几何模型产生电磁吸收和电磁散射现象,以此获取所述三维时间域电磁场量的分布情况。

5.根据权利要求1所述的基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,还包括:

将剖分后的3D几何模型导入至基于系统矩阵结合的CN-FDTD方法的模拟计算过程;

利用所述模拟计算过程对剖分后的3D几何模型进行时域电磁散射计算。

6.根据权利要求5所述的基于系统矩阵结合的CN-FDTD仿真方法,其特征在于,所述利用所述模拟计算过程对剖分后的3D几何模型进行时域电磁散射计算,包括:

将所述系统矩阵中的矢量分离为电场强度和磁场强度;

根据所述系统矩阵确定矢量,其中;

对矢量进行展开处理,并结合所述系统矩阵,得到三对角矩阵;

利用所述三对角矩阵对剖分后的3D几何模型进行时域电磁散射计算。

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