[發明專利]一種基于混合時域有限元算法的低頻電小系統設計方法

有效

• 申請號: 202010163962.4
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111382534B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 柳清伙;盧昕;陳珂;王禮曉;王雪君
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/367
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 鄭翰偉

本發明適用于低頻電小系統領域，提供了一種基于混合時域有限元算法的低頻電小系統設計方法，該設計方法包括：對電子器件進行建模，并設置電子器件的參數信息以及激勵，以設定計算區域；通過預設軟件對計算區域進行網格剖分，并記錄計算區域中每個單元的信息；運用混合時域有限元算法對每個單元的信息對應的未知電場進行計算求解，獲取低頻電小系統的參數值。本發明實施例提供的基于混合時域有限元算法的低頻電小系統設計方法，能夠有效克服寬頻帶電感、無線功率傳輸系統等低頻電小系統設計時，發生低頻崩潰的現象，且不影響計算效率，計算結果穩定性好。

技術領域

本發明屬于低頻電小系統領域，尤其涉及一種基于混合時域有限元算法的 低頻電小系統設計方法。

背景技術

隨著集成電路的快速發展及其日益廣泛的應用，電子設計不斷向微型化發 展。各種低頻電小系統廣泛應用于射頻識別、無線傳感器網絡、通信系統、無 線功率傳輸等領域。因此，準確、有效地模擬低頻電小系統及相關電路的行為 對系統設計具有重要意義。

電子器件設計傳統上采用頻域方法進行設計，為了仿真低頻電小系統的寬 帶特性，本發明采用時域法。然而，當頻率范圍在大約1MHz以下時，對于一 個典型的低頻電小系統，傳統的時域有限差分法(Finite Difference Time Domain，FDTD)，時域有限元法(Finite Element Time Domain，FETD)和 時域偽譜法(Pseudospectral Time Domain，PSTD)采用顯式時間積分方案，由 于時間步長受到穩定性條件的限制，需要大量的時間步長。并且，如果這些算 法使用諸如Crank-Nicolson技術或Newmark-beta技術等隱式時間步進方案，將 出現低頻崩潰現象，即這些算法會出現不穩定問題，同時，它們的系統矩陣將是病態的。

發明內容

本發明實施例提供一種基于混合時域有限元算法(Mixed Finite Element TimeDomain，Mixed FETD)的低頻電小系統設計方法，旨在解決現有技術中 的算法采用諸如Crank-Nicolson技術或Newmark-beta技術等隱式時間步進方案， 將出現低頻崩潰現象的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種基于混合時域有限元算法的低頻電小系 統設計方法，其特征在于，所述設計方法包括：

對電子器件進行建模，并設置所述電子器件的參數信息以及激勵，以設定 計算區域；

通過預設軟件對所述計算區域進行網格剖分，并記錄所述計算區域中每個 單元的信息；

運用混合時域有限元算法對所述每個單元的信息對應的未知電場進行計算 求解，獲取低頻電小系統的參數值。

優選的，當所述電子器件為螺旋環形電感時，所述對電子器件進行建模并 設置所述電子器件的參數信息以及激勵，以設定計算區域的步驟具體包括：

設定電感的匝數；

在所述電感外框設一個矩形金屬框架作為地；

將連接所述電感的最外圈和所述地的一個端口設置為第一接收器；

將所述電感的中心連接到所述地的另一端口設置為第一信號源；

設定第一仿真的空氣盒子大小，以確定第一計算區域。

優選的，當所述電子器件為無線功率傳輸系統時，所述對電子器件進行建 模并設置所述電子器件的參數信息以及激勵，以設定計算區域的步驟具體包括：

將三個邊長均為100mm的方形電感線圈并列設置；

將中間的所述方形電感線圈作為第二信號源，兩端的兩個所述方形電感線 圈均作為第二接收器；

設定第二仿真的空氣盒子大小，以確定第二計算區域。