[發明專利]一種基于矩量法的波導模式激勵方法、存儲介質和裝置

有效

• 申請號: 202110430905.2
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113128090B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 李堯堯;蔡少雄;胡蓉;曹成;蘇東林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 成都巾幗知識產權代理有限公司 51260
• 代理人: 邢偉

1.一種基于矩量法的波導模式激勵方法，其特征在于：包括以下步驟：

提取波導激勵天線模型，并指定天線的波導端口；

獲取端口對應的網格面元對應的點坐標和點連接，識別該端口的幾何形狀并獲取端口尺寸；通過矢量變換，將天線端口變換到UV平面上，局部坐標系的中心對準端口的中心；

得到的不同形狀和不同尺寸下傳輸的模式以及對應的截止頻率fc，如果當前分析頻率f0＝min(fc)，則繼續下一步驟；

根據所述幾何形狀，利用模式場生成功能生成對應幾何形狀的波導端口區域內的任意點的電場和磁場；

計算端口網格頂點上的電場和磁場分布得到模式場近場分布，并計算遠場輻射方向圖得到模式場遠場分布；

設置電磁場分析天線模型的材料和邊界條件；

利用激勵項[rhs]_nbase填充得到矩量法計算所需要的右側向量；

利用計算矩陣[A]_nbase×nbase填充得到矩量法計算所需要的系統矩陣[A]_n×n，其中nbase為模型中所有基函數未知量總數；

利用矩陣計算求解Ax＝rhs得到x，x為每個基函數ibase未知量上的電流量x[ibase]，ibase為1到nbase的整數下標；

對求解得到的x進行后處理，得到天線近場分布和天線遠場分布；

所述端口的幾何形狀包括矩形、圓形和同軸；

當幾何形狀為矩形時，所述端口尺寸包括：長a、寬b、長矢量iu、寬矢量iv；當幾何形狀為圓形時，所述端口尺寸包括：圓心坐標r0、半徑R、面的法矢iw；當幾何形狀為同軸時，所述端口尺寸包括：圓心坐標r0、內徑R_a和外徑R_b、面的法矢iw；令圓或同軸平面上任意一方向為iu，則iv＝iw×iu；

所述矩形的模式場為TEmn，具體生成方式為：

E_w＝0

式中，E_u表示端口電場在iu向的分量，E_v表示端口電場在iv向的分量，E_w表示端口電場在iw向的分量，H_u表示端口磁場在iu向的分量，H_v表示端口磁場在iv向的分量，H_w表示端口磁場在iw向的分量；ω表示角頻率，μ表示磁導率，n表示iv方向上的模式數，b表示矩形端口寬度，a表示矩形端口長度，m表示表示iu方向上的模式數，A表示端口的模式幅度，w表示iw方向坐標值，u表示iu方向坐標值，v表示iv方向坐標值，k為自由空間波數；對應的截止頻率f_c＝c₀k_c/(2π)，c₀表示自由空間光速；

所述圓形的模式場為TMmn，具體生成方式為：

E_w＝0

H_w＝Asin(nφ+φ₀)J_n(k_cρ)e^-jβw

式中，E_w表示端口電場在iw向的分量，H_w表示端口磁場在iw向的分量，E_ρ表示端口電場在iρ向的分量，E_φ表示端口電場在iφ方向上的分量，H_ρ表示端口磁場在iρ向的分量，H_φ表示端口磁場在iφ方向上的分量；(ρ，φ，w)為以圓心坐標r0為局部坐標系中心，以iu、iv和iw為坐標軸的柱坐標系坐標；(iρ，iφ，iw)為該柱坐標系下的三個軸的單位矢量；A表示端口的模式幅度，φ₀表示端口模式相位，φ表示iφ向上的坐標值，ρ表示iρ向上的坐標值，n表示iφ向上模式數，J_n為第一類n階bessel函數，k_c＝p′_nm/R，p′_nm為J′_n(x)＝0的第m個根，m表示iρ向上模式數，R表示端口上源點的iρ向上的坐標值，w表示iw向上的坐標值，k為自由空間波數，ω表示角頻率，μ表示磁導率，J′_n為第一類n階bessel函數導數，J′_n(p′_nm)＝0；對應的截止頻率f_c＝c₀k_c/(2π)，c₀表示自由空間光速；

所述同軸的模式場為TEM，具體生成方式為：

式中，E_ρ表示端口電場在iρ向的分量，H_φ表示端口磁場在iφ方向上的分量，V₀表示端口電壓，(ρ，φ，w)為以圓心坐標r0為局部坐標系中心，以iu、iv和iw為坐標軸的柱坐標系坐標，(iρ，iφ，iw)為該柱坐標系下的三個軸的單位矢量，ln為以自然數e為底的對數，R_b表示同軸外徑，R_a表示同軸內徑，k為自由空間波數，η表示自由空間波阻抗；沒有截止頻率；(ρ，φ，w)為以圓心坐標r0為局部坐標系中心，以iu、iv和iw為坐標軸的柱坐標系坐標。