多层格林函数插值算法及其在射频电路与天线仿真中的应用研究

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随着无线通信技术向高频的发展,射频器件与电路设计必须借助于电磁场分析。矩量法是求解电磁散射问题的一种有效方法。矩量法有精度高、稳定性好的优点,但是它需要求解一个稠密的矩阵方程,其计算的空间复杂度是O(N~2),时间复杂度是O(k·N~2),其中k是迭代次数。随着射频电路规模的日益增大,传统的矩量法已经不能满足大规模复杂电路的仿真需求。为了满足大规模电路的仿真需求,多种基于矩量法的快速算法被提出与使用。无论是射频集成电路还是基于印刷电路板的射频电路,都是平面分层结构,使用平面分层格林函数以及与积分核无关的快速算法,可以极大地提升计算效率。本文的工作主要涉及近些年提出的一种与积分核无关的多层格林函数插值法(MLGFIM)。本文的主要工作如下:首先我们实现了与积分核无关的、空间复杂度为O(N log(N)),时间复杂度为O(k·Nlog(N))的MLGFIM,并把该方法应用于射频电路的电磁仿真。接着,考虑到平面电路在结构上类似于近二维,甚至近一维结构。基于这种结构,我们提出了一种新的自适应多层分组技术来提高MLGFIM的计算效率,从而提升射频电路的仿真效率。然后,我们使用了适用于MLGFIM的预条件技术,以进一步降低计算时间开销。利用MLGFIM的多层次分组,计算出底层近场分组之间的相互作用,进而构造出一个稀疏化的矩阵。然后计算该矩阵的近似逆矩阵作为预条件矩阵,从而减小求解时间复杂度中的k,使得矩阵方程的求解大大加快。最后,我们实现了上述算法的并行处理。我们基于OpenMP框架进行并行计算。利用高性能计算机的计算能力,进一步提高计算效率,扩大电路仿真规模。
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