基于时域谱元法的微波电路电磁热一体化分析

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目前数值方法代替解析方法,解决了一系列计算量巨大,结构复杂的问题。本文所采用的数值方法——时域谱元法(Spectral-Element Time-Domain,简称SETD)为一种特殊形式的时域有限元方法,其优势在于能像时域有限差分方法一样显式求解,并且具有处理任意结构的灵活性。它采用高斯-洛巴托-勒让德基函数作为插值基函数,通过提高基函数多项式的精度可以有效的降低计算误差。随着微波电路工作频率的提高,由金属高频表面电阻引发的热效应越来越明显,且电路小型化的发展严重影响了电路的可靠性。本文在时域谱元法的基础上,通过求解麦克斯韦方程组和热传导方程,着重分析了微波电路在高频状态下由于金属损耗产生的热效应。论文首先介绍了电场矢量波动方程和传热学基本方程,并采用了时域谱元法对其离散,建立差分求解方程。给出具体算例,验证了使用时域谱元法分析热问题的准确性及可靠性。其次,介绍了电磁热耦合的基本求解模型,给出了求解微波电路的导体损耗的具体方法。并着重分析了一些典型的微波无源电路。文章最后介绍了电磁热一体化分析的并行加速方法,该方法可用于进一步提高数值计算速度,同时扩大计算的规模。
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