微波无源器件高效有限元全波分析技术

“微波无源器件的快速有限元全波分析。从电磁场有限元法出发，采用有限元撕裂对接法将大型复杂模型转化为若干个小型简单模型进行分析，引入高阶传输条件和并行计算策略提升性能。对基片集成波导和微带滤波器的S参数进行仿真，验证方法的正确性和有效性。” 本文主要探讨了在微波无源器件分析中的快速有限元全波分析技术。微波无源器件，如滤波器、耦合器、天线等，在无线通信、雷达系统以及卫星通信等领域有着广泛的应用，其电磁特性对于设备性能至关重要。传统的分析方法通常面临计算量大、耗时长的问题，尤其对于大型复杂模型，这限制了设计效率。 文章提出了一种基于电磁场有限元法（Finite Element Method, FEM）的解决方案——有限元撕裂对接法（Finite Element Tearing and Interconnecting, FETI）。这种方法的核心思想是将大型的复杂模型拆分成多个小规模的简单模型，从而降低单个问题的复杂度，便于计算。通过这种方式，可以有效地分解计算任务，减少内存需求，并且有利于并行计算，显著提高了分析速度。 为了进一步优化性能，文章还引入了高阶传输条件。高阶传输条件能够在接口处更精确地描述电磁场的传播，从而提高仿真精度。此外，结合并行计算策略，可以在多处理器或分布式计算环境中同时处理多个子问题，极大地缩短了计算时间，使得大规模微波无源器件的设计和分析变得更加高效。 在实际应用中，作者选择了基片集成波导（SIW）和微带滤波器作为示例，进行了S参数的仿真分析。S参数是衡量微波无源器件性能的重要指标，包括反射系数、传输系数等，它们反映了器件对入射信号的响应。仿真结果证明了所提出的FETI方法在计算S参数时的准确性和有效性，为微波无源器件的设计和优化提供了可靠的技术手段。 总结来说，本文通过有限元撕裂对接法和高阶传输条件的结合，提出了一种适用于微波无源器件的快速全波分析方法，它不仅能够有效处理复杂的模型，还能保证分析的精度，对于微波工程领域具有重要的理论价值和实践意义。通过并行计算的优化，该方法有望进一步推动微波无源器件设计的自动化和智能化。