如何仿真高效的輻射與散射方法詳細(xì)說(shuō)明

　　有限元法（FEM）作為一種分析和設(shè)計(jì)工具，已廣泛應(yīng)用于天線、微波和信號(hào)完整性等眾多電子工程領(lǐng)域。FEM求解器與其它矩量法（MoM）和時(shí)域有限差分法（FDTD）等數(shù)值方法相比擁有多項(xiàng)顯著的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括：能夠處理復(fù)雜的非均勻和各向異性材料、能夠借助四面體單元準(zhǔn)確地描繪復(fù)雜幾何形狀、能夠使用高階基函數(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性、具有多種端口和入射波等激勵(lì)方式。利用這些功能優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)EM就能夠以極高的準(zhǔn)確性對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。但是，對(duì)于開(kāi)放空間問(wèn)題（例如天線向開(kāi)放空間輻射的時(shí)候），F(xiàn)EM求解器需要通過(guò)在人工截?cái)嗟倪吔绫砻嫔显O(shè)定輻射邊界條件（RBC），以便將無(wú)限域截?cái)酁橛邢抻?。兩種廣泛使用的RBC包括一階吸收邊界條件（ABC）和理想匹配層（PML），后者通常情況下都能夠提供最佳的準(zhǔn)確性。兩種方法都保留了FEM系統(tǒng)矩陣的稀疏性，但僅適用于凸起的輻射表面。兩種都屬于近似方法，都存在準(zhǔn)確性問(wèn)題，比如會(huì)產(chǎn)生來(lái)自輻射表面的非物理偽反射。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)增大RBC與輻射結(jié)構(gòu)的間距，讓反射降至可忽視的水平，來(lái)予以解決。另一方面，積分方程（IE）法，比如MoM，則非常適合對(duì)位于勻質(zhì)邊界或無(wú)限大介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。其分析內(nèi)核采用格林函數(shù)，可以在無(wú)窮遠(yuǎn)處采用Sommerfeld輻射條件。因此，不管是從內(nèi)存占用，還是從CPU時(shí)間占用來(lái)說(shuō)，對(duì)多個(gè)在空間上分離，互不相連的同質(zhì)結(jié)構(gòu)，IE求解器都毋庸置疑地成為更好的選擇，因?yàn)樗恍枰獙?duì)目標(biāo)之間的空間進(jìn)行詳細(xì)的建模。早在1990年，Yuan就已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了FEM求解器和IE求解器的混合算法，這個(gè)方法現(xiàn)普遍稱(chēng)為混合有限元邊界積分方法（FEBI）。這種方法把邊界積分：Sommerfeld輻射條件的MoM解，用作FEM解的截?cái)噙吔纾虼丝梢栽诶碚撋蠝?zhǔn)確地處理遠(yuǎn)場(chǎng)輻射條件。這樣就引出一系列有意思的特性，比如可用作任意形狀的距離輻射體很近的全共形的輻射表面。本文將介紹ANSYS公司在HFSS中提供的一款全新的FEBI求解器。該求解器得力于近期區(qū)域分解方法的進(jìn)步。在現(xiàn)有的FEBI 方法中，無(wú)限未知域被分割為兩個(gè)互不重疊的域：一個(gè)有界FEM域和一個(gè)無(wú)界同質(zhì)外部域。兩個(gè)域間的耦合通過(guò)其交界面上的合適的邊界條件加以考慮。