并行FDTD算法加速复杂微波电路计算

本文介绍了一种计算微波电路的创新并行算法——FDTD-Diakoptics。该方法针对结构复杂、规模庞大的微波电路设计，利用有限时域差分（FDTD）技术对电路进行分割，将其分解为多个相对简单的子电路。每个子电路独立求解其时域特性，然后通过并行算法进行连接，形成整体电路的特性。相比于传统的FDTD全局求解方式，FDTD-Diakoptics在保持数值精度的同时，显著提高了计算效率，可以达到大约五倍的速度提升。 在处理复杂的几何结构和大尺度电路时，传统的FDTD方法会面临内存需求大和计算时间长的问题，特别是在分析像波导膜片滤波器这样的应用时。为了模拟整个系统，需要精细的网格，这会导致网格数量剧增。为解决这一问题，非均匀FDTD虽然尝试减小网格不均匀性，但收敛性和计算效率并未得到有效改善。 Diakoptics的核心概念在于电路分解与耦合。它将电路视为一系列相互独立的子电路，每个子电路的特性由冲击响应函数描述。并行算法在此过程中发挥了关键作用，它可以同时处理多个相邻子电路的连接，避免了串行算法中对单个子电路修改时需要重新连接所有后续部分的缺点。这种并行策略使得计算过程更为高效，特别是对于需要反复调整的子电路，可以显著减少重新计算的时间和空间开销。 从电磁场理论的角度来看，时域格林函数在微波电路分析中扮演着冲击响应函数的角色，它反映了电路响应点源信号的能力。FDTD-Diakoptics方法利用了这一原理，通过并行计算实现了对复杂微波电路的有效处理，为大规模电路的设计和分析提供了强大的工具。 FDTD-Diakoptics并行算法不仅简化了微波电路的分析流程，降低了计算复杂度，而且提升了计算效率，对于现代电子设计而言具有广泛的实际应用价值和前景。随着计算机技术的进一步发展，这种方法有望在未来的微波电路设计中发挥越来越重要的作用。