[发明专利]一种波导端口共形卷积完美匹配层吸收边界算法

摘要

本发明属于计算电磁学技术领域。涉及在波导结构的数值仿真过程中的一种吸收边界算法，具体为一种波导端口共形卷积完美匹配层吸收边界算法。本发明通过采用积分的思想将传统卷积完美匹配层吸收边界算法进行了改进，实现了共形网格的卷积完美匹配层吸收边界算法，使得卷积完美匹配层吸收边界算法可以应用于具有非规则结构端口的波导数值仿真。

主权项

1.一种波导端口共形卷积完美匹配层吸收边界算法，具体步骤如下：步骤1、设定三个方向的网格长度△x、△y、△z、时间步长△t以及计算总时间步数NT，对波导结构进行共形网格划分并编号为(i,j,k)(i＝1～nx，j＝1～ny，k＝1～nz)，其中nx、ny、nz为正整数，分别表示波导结构在x、y、z三个方向上的网格数，其值取决于波导结构的尺寸及三个方向的网格长度；设波导端口位于x‑y平面，波导端口位于其它平面同理，波导端口平面x、y两个方向的网格编号范围分别为1～nx和1～ny，以波导端口平面向外延伸p层网格作为完美匹配层，则完美匹配层的三个方向的网格编号为1～nx、1～ny和nz+1～nz+p，5≤p≤20；步骤2、对波导内部使用共形时域有限差分公式更新电场；使用如下公式更新完美匹配层内网格(i,j,k)(i＝1～nx，j＝1～ny，k＝nz+1～nz+p)的电场：其中，上标n表示第n个时间步长，ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数，系数ax、ay、az、bx、by、bz为ση、κη、αη(η＝x,y or z)为完美匹配层参量；步骤3、对波导内部使用共形时域有限差分公式更新磁场；使用如下公式更新完美匹配层所有网格(i,j,k)(i＝1～nx，j＝1～ny，k＝nz+1～nz+p)的磁场：其中，上标n表示第n个时间步长，μ0为真空磁导率，Ax、Ay、Az为共形网格中除去理想金属部分的面积，lx、ly、lz为共形网格中除去理想金属部分的网格边长，系数ax、ay、az、bx、by、bz计算公式与步骤2相同，ση、κη、αη(η＝x,yorz)为完美匹配层参量；步骤4、重复进行步骤2及3，直至完成对所有时刻n＝1～NT波导内部及完美匹配层电磁场的更新。