時域有限元方法在仿真微波無源器件中的應(yīng)用.pdf

1、計算電磁學(xué)的數(shù)值計算方法可以分為很多類，其中使用最為普遍的為時域有限差分法和有限元法。而在有限元法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的時域有限元方法也逐漸趨于廣泛。在仿真微波無源器件時，有限元法(FEM)對多個頻率點需重復(fù)計算，且很難精確模擬非線性器件及非線性介質(zhì)，時域有限差分法(FDTD)需采用規(guī)則的網(wǎng)格剖分，不能很好地模擬具有彎曲表面的模型。時域有限元法具有有限元法可以很好模擬不規(guī)則模型的特性，同時又具有時域有限差分法能夠在時域內(nèi)求解場量的特性。因此

2、時域有限元方法在微波無源器件仿真中的應(yīng)用具有重要的研究意義。
　　時域有限元方法在求解的過程中，需要在每個時間步內(nèi)迭代求解矩陣方程組。求解矩陣方程組的速度直接影響到時域有限元方法仿真的效率。本文通過降低矩陣方程組的維數(shù)從而達到提高時域有限元方法的計算效率。采用結(jié)點基函數(shù)可以簡化時域有限元方法的復(fù)雜度，并大幅度縮小系數(shù)矩陣維數(shù)，從而縮短計算所需時間和內(nèi)存。
　　通過基于矢量基函數(shù)的有限元法對矩形諧振腔進行了本征分析。本文對有限

3、元法的研究主要包括邊值問題的討論、三種插值函數(shù)的介紹以及推導(dǎo)、基于矢量基函數(shù)的有限元法的公式推導(dǎo)以及對求解得到的諧振腔本征值進行分析。通過基于結(jié)點基函數(shù)的時域有限元方法對二維矩形腔、三維矩形波導(dǎo)以及三維 H-T分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行了仿真。對時域有限元方法在仿真微波器件中應(yīng)用的研究主要有時域有限元方法一般公式的推導(dǎo)以及通過數(shù)值算例用以驗證。數(shù)值算例的具體工作內(nèi)容有
　　1、通過時域有限元方法對二維矩形腔的仿真，推導(dǎo)了時域有限元方法在二維

4、中的基本公式，同時求解出二維矩形腔內(nèi)部電場隨著時間變化的物理變化過程，并對其進行了分析。
　　2、通過時域有限元方法對三維矩形波導(dǎo)的仿真，推導(dǎo)了基于結(jié)點基函數(shù)的時域有限元方法在三維中的基本公式，同時求解出三維矩形波導(dǎo)的基模隨時間變化的電場結(jié)構(gòu)，并對其進行了分析。
　　3、通過時域有限元方法求解出三維H-T分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)基模隨時間變化的電場結(jié)構(gòu)，并對其進行了分析。通過時域有限元方法對 H-T分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為功率匹配器和功率合成器