微波电路和天线模型降价与区域分解的有限元分析

• 作 者: 冯堃
• 机 构: 南京理工大学
• 出 处: 南京理工大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 微波电路 天线阵列 有限元分析 模型降阶 良态渐近波形估计 Krylov子空间 区域分解法

随着微波器件的工作频率越来越高,作为全波分析方法的有限元,以其独特的优势越来越重要。但是,由于有限元对整个区域的离散,产生大规模矩阵方程,导致计算资源过大,尤其当分析宽频带电路或电大尺寸的微波器件时。　　
针对上述问题,本文首先介绍了有限元模型降阶以及区域分解法的研究背景和发展状况。本文主要研究的模型降阶技术分别基于渐近波形估计和基于Krylov子空间,两类方法的关键都在于构造出映射矩阵,它可以使原来较大的模型转化为较小的模型,并且这个缩小的模型可以很好地保持原有系统模型的特性,通过在每个频点上求解这个降价后的系统模型就可以得到原有系统模型的特性。　　
对分析宽频带电路,如波导、微带结构的器件进行扫频时,模型降阶技术的应用可以有效地提高仿真计算效率。本文详细介绍了针对频率这一参数的降阶原理和过程,使频域有限元在计算宽频带问题时只需在某个频率点上构造映射矩阵,然后对降阶后的模型扫频,克服分析宽频带大规模高速集成电路系统时遇到的计算资源过大的问题。　　
对电大尺寸的问题,文中所涉及到的大规模天线阵列,我们研究了有限元的另外一个重要的思想——有限元区域分解法。有限元区域分解法是将一个大的区域分解为多个小区域,先对每个小区域分别进行处理,同时考虑区域间通过特定的边界条件联结起来,使之又成为一个整体。这种方法对于解决电大尺寸的问题非常有效,尤其分析具有周期结构的问题时更加具有优势。　　
本文主要还研究了微带贴片天线同轴探针馈源时的辐射特性,针对具有大规模周期结构的微带天线阵列,我们引入了非共形区域分解法。对于以面阵排列的微带天线阵列,我们只需由九个典型的基本子域通过区域扩展的方式来模拟,这不仅简化了建模又很有效地节省了计算资源。