復(fù)雜媒質(zhì)微波器件的時(shí)域譜元分析.pdf

1、應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)收發(fā)前端的射頻微波器件中大量使用復(fù)雜媒質(zhì)來(lái)達(dá)到相應(yīng)的功能。復(fù)雜媒質(zhì)本構(gòu)關(guān)系參數(shù)的復(fù)雜性導(dǎo)致電磁波在其中的傳播變得復(fù)雜。同時(shí)，射頻微波器件設(shè)計(jì)改進(jìn)方法單一，成本居高不下。得益于數(shù)值仿真技術(shù)及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的快速發(fā)展，器件的設(shè)計(jì)成本得到大幅度下降。因此，數(shù)值仿真算法的研究有著重要工程的意義。
　　 在數(shù)值仿真方法之中，時(shí)域方法可以給出計(jì)算區(qū)域的瞬態(tài)時(shí)域信息。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的傅里葉變換，便可得到寬頻帶范圍的頻域信息。時(shí)域方

2、法有:時(shí)域有限差分法(FDTD)、時(shí)域有限元法(FETD)。時(shí)域有限差分法比較簡(jiǎn)單，但其網(wǎng)格剖分與計(jì)算精度不高;時(shí)域有限元法網(wǎng)格剖分與計(jì)算精度相對(duì)較高，但是存在一個(gè)不容忽視的問(wèn)題即每個(gè)時(shí)間步都涉及到對(duì)一個(gè)線性方程組的求解，其計(jì)算量非常龐大，很浪費(fèi)時(shí)間。
　　 本文選用的時(shí)域譜元法(SETD)是一種特殊類型的時(shí)域有限元方法。它將譜方法加入了有限元之中。譜元法通過(guò)不同的基函數(shù)的選取達(dá)到了高精度;同時(shí)使用曲六面體離散求解時(shí)所得到的矩陣

3、為塊對(duì)角陣，其逆矩陣很容易求得，從而大大降低方程組求解的復(fù)雜度，減少了計(jì)算時(shí)間。通過(guò)對(duì)兩大類復(fù)雜媒質(zhì)——磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度為復(fù)雜關(guān)系的復(fù)雜媒質(zhì)（鐵氧體）和電位移矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度為復(fù)雜關(guān)系的復(fù)雜媒質(zhì)（等離子體）的本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)，使用麥克斯韋方程作為控制方程，通過(guò)將原有電場(chǎng)強(qiáng)度→磁場(chǎng)強(qiáng)度→電場(chǎng)強(qiáng)度(E→H→E)的時(shí)間蛙跳格式迭代分別更改為電場(chǎng)強(qiáng)度→磁感應(yīng)強(qiáng)度→磁場(chǎng)強(qiáng)度→電場(chǎng)強(qiáng)度（E→B→H，適用于鐵氧體）和電位移矢量→電場(chǎng)強(qiáng)度→磁場(chǎng)強(qiáng)度→電位