专利名称：微带电路全波分析方法
技术领域：
本发明涉及微带电路，尤其涉及一种基于改进的MDA-SVD压缩表示的微带电路全波分析方法。
背景技术：
微带电路和微带天线一样，由于体积小、重量轻、造价低、性能与可靠性高等优点，而被广泛应用于移动通信、微波中继通信、雷达、导航、火箭制导等领域，并且向着宽带化、小型化和复杂结构等方向发展。新的发展同时也对微带电路的设计提出了更高的要求，目前采用软件仿真分析该类问题已成为产前设计的重要手段。在仿真中如何高效地对其进行快速全波电磁分析和参数提取至关重要。目前，对微带电路的仿真分析手段主要分为两大类:积分方程类方法和微分方程类方法。其中，矩量法(Method of Moment)是积分方程类方法的主要代表，而矩量法又分为两类，一类是谱域法，另一类是空域法；采用谱域法对微带电路分析时需要处理双重无限积分，而由于积分是高度振荡的并且缓慢衰减的，所以生成的矩阵填充的时间相当长，因此该方法难以推广应用；对于空域法，它在进行微带电路分析时的重点和难点是对空域格林函数的提取，而以离散复镜像技术为代表的快速准确地抽取空域格林函数方法的出现，使空域方法获得了极其迅速的发展。K.A.Michalski and C.G.Hsu，“RCS Computation of Coax-Loaded MicrostripPatch Antennas of Arbitrary Shape,，’Electromagn., Vol.14, Jan.~ Mar., pp.33-62,1994.曾公开了一种空域矩量法，它是通过离散复镜像技术来快速准确地抽取空域格林函数，并且应用于多层介质微带贴片天线的散射求解中。尽管基于积分方程的空域矩量法具有严格的理论模型，但是其生成的矩阵为满阵。假定N为未知量个数，则存储该稠密矩阵将要耗费0(N2)的内存量。同时，如果利用直接法来求解矩量法的阻抗矩阵方程，其计算复杂度为0(N 3)。对于求解电大尺寸微带电路问题时，未知量N很大，直接应用空域矩量法所需要的计算复杂度和计算机的内存需求非常大。为了降低计算复杂度和计算机的内存需求，许多学者提出两类解决方法。其一，将迭代解法结合基于快速傅立叶技术(FFT)的自适应积分方法(AIM)和多层快速多极子方法(MLFMA)等一些快速方法。这类方法在应用于全波微带电路的分析时过分依赖于问题格林函数(Green function)的形式，因而实施起来仍较为复杂。其二，根据问题格林函数的低秩特性，提出UV方法、ACA方法、H-Matrix和MDA-SVD等方法。这类方法不依赖于问题格林函数的形式，因而实施起来较方便。其中，在处理微带电路时，传统的MDA-SVD方法在一定程度上虽然可以解决计算复杂度和计算机内存需求大的问题，但是当微带电路的电尺寸很大时，传统的MDA-SVD方法对计算机内存的需求很大，同时计算时间也非常长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于改进的MDA-SVD压缩表示的微带电路全波分析方法。
一种微带电路全波分析方法，其包括以下步骤:步骤S1、采用八叉树数据结构对剖分后的三维目标模型进行分组，用一个立方体将所述三维目标包围住，所述立方体为第零层的第一个且是最后一个组结点，把所述立方体等分为八个子立方结点形成第一层结点，再对每个子立方体进行与上一步相同的细分，并以此类推直到最底层立方体的电尺寸达到所需合适的大小为止；步骤S2、根据步骤SI得到的三维目标八叉树结构，首先进行Morton编码，然后将每个立方体相邻的立方体组设定为近场区组，之后设定远场区，所述远场区为包含所述立方体的父层立方体区域的近场区域中除掉本层区域的近场区组；步骤S3、根据步骤S2分组，采用传统的MDA-SVD方法对阻抗矩阵远作用子块进行低秩表示，根据立方体电尺寸的大小，在其表面设置等效源，利用等效源对阻抗矩阵的远作用子块进行低秩表示，获得低秩子块表示，并直接计算阻抗矩阵的近作用子块；步骤S4、利用改进的MDA-SVD方法对所述低秩子块表示进一步压缩处理，得到阻抗矩阵的压缩表示，所述压缩处理包括对每一个非空子组构造对应的基矩阵及根据所述基矩阵构造对应耦合矩阵；步骤S5、根据所述阻抗矩阵改进的MDA-SVD表示，构造阻抗矩阵与矢量相乘算法；步骤S6、求解步骤S5中的阻抗矩阵方程，得到模型表面电流系数，并且根据电流系数得到目标表面的电流分布，从而得到目标的各种电磁特性参数。本发明一较佳实施方式中，步骤SI之前还包括利用Ansys软件建立待求目标的几何模型，并利用平面三角形进行离散剖分。本发明一较佳实施方式中，利用平面三角形进行离散剖分时，采用基于RWG基函数的三角形网格对复杂目标表面进行剖分，每平方电波长内剖分的三角形数目大于120。本发明一较佳实施方式中，步骤I中最底层立方体的电尺寸为0.2 0.4个入射波波长。本发明一较佳实施方式中，步骤S4具体包括:S41、利用传统MDA-SVD方法将所述阻抗矩阵表示成低秩子块
权利要求
1.一种微带电路全波分析方法，其特征在于，所述微带全波分析方法包括以下步骤: 步骤S1、采用八叉树数据结构对剖分后的三维目标模型进行分组，用一个立方体将所述三维目标包围住，所述立方体为第零层的第一个且是最后一个组结点，把所述立方体等分为八个子立方结点形成第一层结点，再对每个子立方体进行与上一步相同的细分，并以此类推直到最底层立方体的电尺寸达到所需合适的大小为止； 步骤S2、根据步骤SI得到的三维目标八叉树结构，首先进行Morton编码，然后将每个立方体相邻的立方体组设定为近场区组，之后设定远场区，所述远场区为包含所述立方体的父层立方体区域的近场区域中除掉本层区域的近场区组； 步骤S3、根据步骤S2分组，采用传统的MDA-SVD方法对阻抗矩阵远作用子块进行低秩表示，根据立方体电尺寸的大小，在其表面设置等效源，利用等效源对阻抗矩阵的远作用子块进行低秩表示，获得低秩子块表示，并直接计算阻抗矩阵的近作用子块； 步骤S4、利用改进的MDA-SVD方法对所述低秩子块表示进一步压缩处理，得到阻抗矩阵的压缩表示，所述压缩处理包括对每一个非空子组构造对应的基矩阵及根据所述基矩阵构造对应耦合矩阵； 步骤S5、根据所述阻抗矩阵改进的MDA-SVD表示，构造阻抗矩阵与矢量相乘算法； 步骤S6、求解步骤S5中的阻抗矩阵方程，得到模型表面电流系数，并且根据电流系数得到目标表面的电流分布，从而得到目标的各种电磁特性参数。
2.如权利要求1所述的微带电路全波分析方法，其特征在于，步骤SI之前还包括利用Ansys软件建立待求目标的几何模型，并利用平面三角形进行离散剖分。
3.如权利要求2所述的微带电路全波分析方法，其特征在于，利用平面三角形进行离散剖分时，采用基于RWG基函数的三角形网格对复杂目标表面进行剖分，每平方电波长内剖分的三角形数目大于120。
4.如权利要求1所述的微带电路全波分析方法，其特征在于，步骤I中最底层立方体的电尺寸为0.2 0.4个入射波波长。
5.如权利要求1所述的微带电路全波分析方法，其特征在于，步骤S4具体包括: s41、利用传统MDA-SVD方法将所述阻抗矩阵表示成低秩子块Zf+= Sa" xF/V^xy的格式，对j e Far(Ii)，将相应的Uixk’JSkUxk'J按照行排列得到中间矩阵D _ ( T Ti^klj rykIJxk,J \方"一(...，"，...)； s42、对所述中间矩阵Bli做奇异值分解，根据事先设定的截断误差eSVD得到Bft=uA(V/;)H 其中，S/;=diag(4,^,...,^)且 ^>^>...>^>0eC”x&均为酉矩阵，对于第I层的非空基函数组i，矩阵U,,即基矩阵；s43、根据所述基矩阵构造对应的耦合矩阵纡./=^次) 也)。，其中，(ig。表示 /;的共轭，(之f表示义的共轭转置； S44、获取所述阻抗矩阵改进的MDA-SVD表示Z(/) = diag(U/,)Z(/)(diag(U/,))τ其中，5
6.如权利要求1所述的微带电路全波分析方法，其特征在于，构造阻抗矩阵与矢量相乘算法按照以下函数执行:
全文摘要
本发明提出一种基于改进的MDA-SVD压缩表示的微带电路全波分析方法。该方法首先对待分析的目标建立八叉树结构，通过MDA-SVD方法获得离散电场积分方程形成的稠密阻抗矩阵中对应于远场作用部分的稀疏低秩表示，然后将阻抗矩阵中低秩表示的部分用改进的MDA-SVD方法表示出来。最后基于改进的MDA-SVD方法表示，构造一种适用于迭代求解的快速计算矩阵矢量乘的算法。该微带电路全波分析方法在传统MDA-SVD方法的基础上，构建新的压缩格式来表示阻抗矩阵，由此可以有效地降低内存需求和计算复杂度，缩短计算时间。
文档编号G06F17/50GK103150415SQ201210547828
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者胡小情, 钟耀祖, 刘新 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院