如何仿真高效的輻射與散射方法詳細說明

　　有限元法（FEM）作為一種分析和設(shè)計工具，已廣泛應(yīng)用于天線、微波和信號完整性等眾多電子工程領(lǐng)域。FEM求解器與其它矩量法（MoM）和時域有限差分法（FDTD）等數(shù)值方法相比擁有多項顯著的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括：能夠處理復(fù)雜的非均勻和各向異性材料、能夠借助四面體單元準(zhǔn)確地描繪復(fù)雜幾何形狀、能夠使用高階基函數(shù)實現(xiàn)準(zhǔn)確性、具有多種端口和入射波等激勵方式。利用這些功能優(yōu)勢，F(xiàn)EM就能夠以極高的準(zhǔn)確性對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行建模。但是，對于開放空間問題（例如天線向開放空間輻射的時候），F(xiàn)EM求解器需要通過在人工截斷的邊界表面上設(shè)定輻射邊界條件（RBC），以便將無限域截斷為有限域。兩種廣泛使用的RBC包括一階吸收邊界條件（ABC）和理想匹配層（PML），后者通常情況下都能夠提供最佳的準(zhǔn)確性。兩種方法都保留了FEM系統(tǒng)矩陣的稀疏性，但僅適用于凸起的輻射表面。兩種都屬于近似方法，都存在準(zhǔn)確性問題，比如會產(chǎn)生來自輻射表面的非物理偽反射。這個問題可以通過增大RBC與輻射結(jié)構(gòu)的間距，讓反射降至可忽視的水平，來予以解決。另一方面，積分方程（IE）法，比如MoM，則非常適合對位于勻質(zhì)邊界或無限大介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)進行建模。其分析內(nèi)核采用格林函數(shù)，可以在無窮遠處采用Sommerfeld輻射條件。因此，不管是從內(nèi)存占用，還是從CPU時間占用來說，對多個在空間上分離，互不相連的同質(zhì)結(jié)構(gòu)，IE求解器都毋庸置疑地成為更好的選擇，因為它不需要對目標(biāo)之間的空間進行詳細的建模。早在1990年，Yuan就已經(jīng)成功實現(xiàn)了FEM求解器和IE求解器的混合算法，這個方法現(xiàn)普遍稱為混合有限元邊界積分方法（FEBI）。這種方法把邊界積分：Sommerfeld輻射條件的MoM解，用作FEM解的截斷邊界，因此可以在理論上準(zhǔn)確地處理遠場輻射條件。這樣就引出一系列有意思的特性，比如可用作任意形狀的距離輻射體很近的全共形的輻射表面。本文將介紹ANSYS公司在HFSS中提供的一款全新的FEBI求解器。該求解器得力于近期區(qū)域分解方法的進步。在現(xiàn)有的FEBI 方法中，無限未知域被分割為兩個互不重疊的域：一個有界FEM域和一個無界同質(zhì)外部域。兩個域間的耦合通過其交界面上的合適的邊界條件加以考慮。