[發(fā)明專利]可去除偽直流模式的微波管高頻電路有限元仿真方法

無效

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• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN101944145A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 徐立;李斌;楊中海;朱小芳;葉珍;李建清
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周永宏

1.可去除偽直流模式的微波管高頻電路有限元仿真方法，包括以下步驟：

A.根據微波管高頻電路內的電磁場邊值問題，將電位移矢量為零作為電場約束方程，并得到電場約束方程的積分形式，同時通過有限元法的標準變分原理得到電磁場邊值問題的泛函方程；

B.采用四面體網格剖分求解域，考慮準周期邊界條件時，必須保證周期邊界上主面上的網格和從面上的網格匹配；

C.選擇二階矢量疊層基函數，結合邊界條件對有限元網格進行樹一共軛樹分離，對樹邊上的二階矢量疊層基函數的低階部分用相應的自由點基函數代替；

D.將步驟A中得到的電磁場邊值問題的泛函方程中的電場用步驟C中的二階矢量疊層基函數展開后，運用里茲方法得到廣義本征矩陣方程；將電場約束方程的積分形式中的電場用步驟C中的二階矢量疊層基函數展開得到電場約束方程的矩陣形式；

E.應用位移求逆隱式重啟Arnoldi迭代法求解廣義本征矩陣方程，并在每一步的Arnoldi迭代中，將生成里茲向量的工作向量中對應于無旋場基函數的部分重置為零，以去除偽直流模式；

F.進行微波管高頻電路有限元仿真的后處理，由步驟E所得的本征值和本征向量，可以求出相對應的本征頻率和電場分布，進而求出各種需要的微波管高頻電路的高頻特性參量。

2.根據權利要求1所述的可去除偽直流模式的微波管高頻電路有限元仿真方法，其特征在于，微波管高頻電路內的電磁場邊值問題的函數表達如公式(1.1)，電場約束方程的函數表達如公式(1.2)

▿×(1μr)▿×E→-k02ϵrE→=0inΩE→t=0onΓpecE→ts=E→tme-jαonΓpbc]]>公式(1.1)

▿·(ϵrE→)=0]]>inΩ????公式(1.2)

公式(1.1)中第一個式子為頻域矢量波動方程，它是微波管高頻電路有限元仿真中的主方程；其中，Ω為微波管高頻電路的仿真區(qū)域空間范圍，即為上述公式(1.1)和公式(1.2)的求解域，是矢性偏微分算子符號，μ_r為求解域Ω中介質的相對磁導率，為求解域Ω的電場強度矢量，k₀為自由空間波數，ε_r為求解域Ω中介質的相對介電常數；

公式(1.1)中第二個式子為理想電壁邊界條件，其中，Г_pec表示理想電壁邊界；表示在理想電壁上的電場強度切向矢量。理想電壁邊界條件的物理意義是理想電壁邊界上電場的切向分量為零。

公式(1.1)中第三個式子為準周期邊界條件，其中，Г_pbc表示準周期邊界，由主面及從面組成；分別表示周期邊界Г_pbc上主面及從面上的電場強度切向矢量；j為虛數單位符號；α為主面與從面之間相差的相移。準周期邊界條件的物理意義是在周期邊界的從面上的電磁場和主面上的電磁場，僅僅相差一個復數相位系數e^-jα；

周期邊界Г_pb。和理想電壁邊界Г_pec組成了求解域Ω的外邊界；

公式(1.2)是微波管高頻電路有限元仿真中的電場約束方程。電場約束方程保證了求解域Ω中不存在產生電磁場的電荷源。

3.根據權利要求1所述的可去除偽直流模式的微波管高頻電路有限元仿真方法，其特征在于，根據微波管高頻電路內的電磁場邊值問題，利用有限元法標準變分原理，得到電磁場邊值問題的泛函方程，泛函方程的具體表達見如下公式(1.3)：

F(E→)=12∫Ω[(▿×E→)*1μr(▿×E→)-k02ϵrE→*·E→]dΩ]]>公式(1.3)

公式(1.3)中，上標*表示對物理量取共軛。公式(1.3)對的極小值即為微波管高頻電路內的電磁場邊值問題即公式(1.1)的解。