一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法、存储介质和装置

技术领域

本发明涉及计算电磁学领域，特别涉及一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法、存储介质和装置。

背景技术

多层微带结构电磁模型具有非常广泛的应用，如微带结构的贴片天线，微带结构的微波电路，多层微带结构的印刷电路板等，因此对于这类结构的快速建模并用于全波电磁分析是非常重要的事情。如何通过模型建立的方式提高后续矩量法/多层快速多极子方法分析的效率，属于本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法，包括以下步骤：

根据所述多层微带结构，初始化各层模型，按照z轴从低到高依次建立每层的二维模型即图层，其中以基板为0层；

将除0层外的其它层的几何二维模型移动到0层，填充空白后合并剖分离散化，得到一个位于同一层的剖分网格，对该剖分网格的各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号；

对图层与所述网格材料的标号之间建立映射，得到材料号按照图层的映射分组表；

将生成的每个网格沿-z方向生长，直到生长到最低一层的高度；将生成的每个网格沿+z方向生长，直到生长到最高一层的高度；

按照所述映射分组表，将每个图层的材料号对应的网格沿z轴复制并移动至对应的层高处；

将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体面网格；

设置激励源生成端口；

将移动到各自层高处的网格设置为PEC边界，将生长得到的网格的材料设置为介质板材料。

进一步地，所述的网格的生长形式为三棱柱体网格。

进一步地，所述将生成的每个网格沿-z方向生长和/或将生成的每个网格沿+z方向生长，包括：对每一层进行单独生长，生长完成后再对下一层进行生长。

进一步地，所述对每一层进行单独生长包括：延展n次，每次延展距离为-h1/n，其中h1代表该层的层高。

进一步地，所述方法还包括：

利用计算矩阵[A]

进一步地，所述方法还包括：

利用激励项[rhs]

进一步地，所述方法还包括：

利用矩阵计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。

进一步地，所述方法还包括：

借助于所述x计算得到近远场分布。

本发明的第二方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法的步骤。

本发明的第三方面，提供一种装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法的步骤。

本发明的有益效果是：

在本发明的一示例性实施例中，通过多层二维几何结构的合并剖分，生长为体网格，并通过网格的分类复制移动，提高了适用于矩量法和多层快速多极子方法求解多层微带结构的体网格和面网格的电磁结构模型生成效率。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例公开的方法流程图；

图2为本发明一示例性实施例公开的四端口微带定向耦合器结构示意图；

图3为本发明一示例性实施例公开的四端口微带定向耦合器每层的几何二维模型示意图；

图4为本发明一示例性实施例公开的剖分网格图像示意图；

图5为本发明一示例性实施例公开的网格材料标号示意图；

图6为本发明一示例性实施例公开的延展后的效果示意图；

图7为本发明一示例性实施例公开的三棱柱体网格生长示意图；

图8为本发明一示例性实施例公开的复制移动示意图；

图9为本发明一示例性实施例公开的三棱柱网格转换成四面体网格示意图；

图10为本发明一示例性实施例公开的设置激励源生成端口示意图；

图11为本发明一示例性实施例公开的微带定耦器的端口响应S11和S12分布曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

参见图1，图1示出了本发明一示例性实施例提供的一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法，该示例性实施例以图2所示的四端口微带定向耦合器为例，描述该方法的模型生成方案。

所述方法包括以下步骤：

S01：根据所述多层微带结构，初始化各层模型，按照z轴从低到高依次建立每层的二维模型即图层，其中以基板为0层。

具体地，在该示例性实施例中，四端口微带定向耦合器总共有三层，依次描述为-1层、0层、1层，每层的几何二维模型如图3所示。

S02：将除0层外的其它层的几何二维模型移动到0层，填充空白后合并剖分离散化，得到一个位于同一层的剖分网格，对该剖分网格的各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号。

具体地，在该示例性实施例中，0层的高度优选为0，得到的剖分网格图像如图4所示，而各个二维区域的网格材料标号如图5所示。

S03：对图层与所述网格材料的标号之间建立映射，得到材料号按照图层的映射分组表。

在该示例性实施例中，针对于图5的网格材料标号，映射分组表为：

S04：将生成的每个网格沿-z方向生长，直到生长到最低一层的高度；将生成的每个网格沿+z方向生长，直到生长到最高一层的高度，延展后的效果如图6所示。

更优地，在一示例性实施例中，该步骤中的所述的网格的生长形式为三棱柱体网格，生长方式如图7所示。

更优地，在一示例性实施例中，该步骤中的所述将生成的每个网格沿-z方向生长和/或将生成的每个网格沿+z方向生长，包括：对每一层进行单独生长，生长完成后再对下一层进行生长。(该示例性实施例应用于当0层上下具有1层以上的图层的情况)

具体地，在一示例性实施例中，首先获得步骤一中每层的层高：

其中，图层为-I层到J层，H

延展次数为每层延展的次数，则有每次延展的间隔为：

其中，对于正向延展和负向延展，都是从0层开始向-I层或J层进行一次生长并进行判断。

更优地，在一示例性实施例中，所述对每一层进行单独生长包括：延展n次，每次延展距离为-h1/n，其中h1代表该层的层高。

其中，需要说明的是，延展多次的作用是确保每次延展距离d<＝波长/10或波长/20甚至波长/40；以满足数值计算的精度，但是延展距离也不是越小越好，又受到了计算效率的限制(延展距离越小，则延展次数越多，则生成的网格越多，导致计算内存和计算时间也越长，另外如果距离小到一定程度，又会导致数值误差的发散)。

具体地，在该示例性实施例中，-1层->0层间的层高h1米，共延展n次，每次延展距离为-h1/n米；将步骤二生成的每个网格延+z方向生长0层->1层间的层高h2米，共延展m次，每次延展距离为h2/m米。

S05：按照所述映射分组表，将每个图层的材料号对应的网格沿z轴复制并移动至对应的层高处。

在该示例性实施例中，即：将-1层满足材料号映射表的网格的z坐标改为-h1，同时将1层满足材料号映射表的网格的z坐标改为h2，如图8所示。

S06：将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体面网格。

在该示例性实施例中，将三棱柱网格转换成四面体网格，转换方式为如图9所示。即，一个三棱柱网格(1，2，3，4，5，6)可以转化成三个四面体网格(4，3，2，1)、(3，5，4，2)和(6，5，4，3)。

S07：设置激励源生成端口。

在该示例性实施例中，设置有如图10所示的4个端口。

S08：将移动到各自层高处的网格设置为PEC边界，将生长得到的网格的材料设置为介质板材料(包括相对介电常数和相对磁导率)。

更优地，在一示例性实施例中，所述方法还包括模型计算与后处理，具体包括以下多个步骤：

S091：利用计算矩阵[A]

其中，f

S092：利用激励项[rhs]

式中，

S093：利用矩阵计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。

S094：借助于所述x进行矩量法的后处理计算能得到近远场分布。

其中，通过将四个端口分别激励并通过一系列后处理计算可以得到微带定耦器的端口响应S11和S12分布曲线如图11所示。

基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法的步骤。

基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的一种基于矩量法的多层微带结构电磁模型的快速生成方法的步骤。

基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得装置执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。