CN114528742A - 基于cfdtd算法的波端口建模及s参数计算方法、终端及介质 - Google Patents

基于cfdtd算法的波端口建模及s参数计算方法、终端及介质 Download PDF

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CN114528742A CN202210414816.3A CN202210414816A CN114528742A CN 114528742 A CN114528742 A CN 114528742A CN 202210414816 A CN202210414816 A CN 202210414816A CN 114528742 A CN114528742 A CN 114528742A
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Abstract

本发明提供一种基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法、终端及介质，该方法包括：S101：将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数；S102：扩展施加的波端口激励面为矩形区域，获取矩形区域沿传播方向延伸预设网格数后的迭代系数，利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系；S103：提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数。本发明实现了对非规则截面的波端口建模以及波端口激励的S参数计算，计算结果准确，适用范围广，满足了实际工程需求。

Description

基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法、终端及介质
技术领域
本发明涉及电磁场仿真技术领域，尤其涉及一种基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法、终端及介质。
背景技术
在无线通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程中，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。天线是一种变换器，它把传输线或波导上传播的导行波，变换成在无界媒质(通常是自由空间)中传播的电磁场，或者进行相反的变换，因而天线是用来发射或接收电磁波的设备。波导是天线的重要馈电结构，研究从波导到天线的电磁场传输特性具有重要的理论和工程意义。在实际工程应用中，有很多类型的波导被使用，根据波导横截面不同，波导可分为矩形波导、圆波导、同轴线、椭圆波导、脊波导等。不同横截面的波导，其传输的电磁场模式有明显差异，因而需要研究波导中不同模式的电磁场分布，以满足天线馈电端口电磁建模和仿真需求。
当前计算电磁学领域主流的算法有时域有限差分（FDTD）、有限元（FEM）和矩量法（MoM），FDTD算法的优势在于计算速度快，内存消耗少，因而被广泛使用，但由于Yee网格的原因，在模拟曲面几何时存在阶梯误差，会导致一定程度上的精度损失。而共形FDTD算法（CFDTD）的出现解决了FDTD算法存在阶梯误差的问题，目前已经成为了主流的电磁场时域计算方法。然而，现有的基于CFDTD算法在波端口建模以及S参数提取技术上，讨论较多的是具有解析解形式的矩形波导、圆波导以及同轴波导的建模，对于非规则波导的建模讨论较少，另一方面，对于S参数的提取，讨论较多的是在波导在传播区的计算，对于截止区的计算讨论较少，在截止区的S参数提取存在计算困难的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法、终端及介质，将计算区域网格离散化，计算网格上的迭代系数，将波端口激励面扩展为矩形区域，根据该迭代系数构建虚拟区域和利用通过虚拟区域获取的模式电压进行S参数的计算，实现了对非规则截面的波端口建模以及波端口激励的S参数计算，计算结果准确，适用范围广，满足了实际工程需求。
为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，所述基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法包括：S101：将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数；S102：扩展施加的波端口激励面为矩形区域，获取矩形区域沿传播方向延伸预设网格数后的迭代系数，利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系；S103：提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数。
进一步地，所述将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数的步骤具体包括：对所述计算区域进行Yee网格离散化，通过公式
Figure 39623DEST_PATH_IMAGE001
Figure 956764DEST_PATH_IMAGE002
计算CFDTD算法的迭代系数
Figure 300283DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 695492DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 572181DEST_PATH_IMAGE005
表示电场分量，
Figure 456961DEST_PATH_IMAGE006
分别表示在x、y、z方向上的网格索引，
Figure 786311DEST_PATH_IMAGE007
表示电导率，
Figure 985211DEST_PATH_IMAGE008
表示有效介电常数，
Figure 214942DEST_PATH_IMAGE009
表示单位时间步长，
Figure 270622DEST_PATH_IMAGE010
表示在主网格节点i上x方向上的有效网格长度，
Figure 87269DEST_PATH_IMAGE011
表示在次网格节点j上y方向上的有效网格长度，
Figure 886597DEST_PATH_IMAGE012
表示在次网格节点z上k方向上的有效网格长度。
进一步地，所述扩展施加的波端口激励面为矩形区域的步骤具体包括：将所述波端口激励面扩展形成波端口激励面的外接矩形区域，通过波端口激励面的索引起始点扩展所述外接矩形区域形成所述矩形区域，所述波端口激励面位于所述矩形区域内。
进一步地，所述获取所述矩形区域沿传播方向延伸预设个网格后的迭代系数的步骤包括：将所述矩形区域设置为PEC边界，获取所述矩形区域沿传播方向延伸一个网格后的波端口激励面上的迭代系数。
进一步地，所述利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系的步骤具体包括：根据所述迭代系数构建两个虚拟区域，其中一个虚拟区域用于提取总模式电压和设置场数据交换面，以及根据所述场数据交换面建立所述虚拟区域与真实区域的联系，另一个虚拟区域用于提取入射模式电压。
进一步地，在所述虚拟区域中构建吸收边界，通过
Figure 409983DEST_PATH_IMAGE013
Figure 403609DEST_PATH_IMAGE014
计算所述虚拟区域中与波端口激励面相同的位置处的总模式电压，其中，
Figure 707551DEST_PATH_IMAGE015
表示总模式电压，
Figure 982675DEST_PATH_IMAGE016
表示波端口激励面上的总电场，
Figure 688462DEST_PATH_IMAGE017
表示波端口激励面上的模式场。
进一步地，在所述虚拟区域中模式电压提取处的两侧分别构建吸收边界，并在提取处计算入射模式电压，所述提取处的位置与所述波端口激励面的位置相同。
进一步地，所述提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数的步骤具体包括：根据所述模式电压以及所述联系计算所述波端口激励面在每个时间步中的模式电压，通过将时域模式电压作傅里叶变转换到频域中获取频域模式电压，利用频域模式电压计算S参数。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，所述智能终端包括处理器、存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器通信连接，所述处理器通过所述计算机程序执行如上所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如上所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：将计算区域网格离散化，计算网格上的迭代系数，将波端口激励面扩展为矩形区域，根据该迭代系数构建虚拟区域和利用通过虚拟区域获取的模式电压进行S参数的计算，实现了对非规则截面的波端口建模以及波端口激励的S参数计算，计算结果准确，适用范围广，满足了实际工程需求。
附图说明
图1为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法一实施例的流程图；
图2为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中Yee网格一实施例的示意图；
图3为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口真实仿真区域一实施例的示意图；
图4为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口虚拟区域一实施例的示意图；
图5为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口虚拟区域另一实施例的示意图；
图6为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中矩形空波导一实施例的示意图；
图7为图6中矩形空波导的S参数结果一实施例的示意图；
图8为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中三段矩形波导一实施例的示意图；
图9为图8中三段矩形波导的S参数结果对比一实施例的示意图；
图10为本发明智能终端一实施例的结构图；
图11为本发明计算机可读存储介质一实施例的结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本申请公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
请参阅图1至图9，其中，图1为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法一实施例的流程图；图2为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中Yee网格一实施例的示意图；图3为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口真实仿真区域一实施例的示意图；图4为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口虚拟区域另一实施例的示意图；图5为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中波端口虚拟区域另一实施例的示意图；图6为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中矩形空波导一实施例的示意图；图7为图6中矩形空波导的S参数结果一实施例的示意图；图8为本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法中三段矩形波导一实施例的示意图；图9为图8中三段矩形波导的S参数结果对比一实施例的示意图。结合图1至图9对本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法作详细说明。
在本实施例中，执行基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法的设备可以为笔记本电脑、台式机、服务器、手机、平板电脑以及其他能够用于电磁场仿真计算的智能终端。
其中，基于CFDTD算法（共形时域有限差分）的S参数计算方法包括：
S101：将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数。
在本实施例中，将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数的步骤具体包括：对计算区域进行Yee网格离散化，通过
Figure 23629DEST_PATH_IMAGE001
Figure 814867DEST_PATH_IMAGE002
计算CFDTD算法的迭代系数，其中，
Figure 454534DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 952511DEST_PATH_IMAGE004
表示迭代系数，
Figure 786475DEST_PATH_IMAGE005
表示电场分量，
Figure 737114DEST_PATH_IMAGE006
分别表示在x、y、z方向上的网格索引，
Figure 681936DEST_PATH_IMAGE007
表示电导率，
Figure 96737DEST_PATH_IMAGE008
表示有效介电常数，
Figure 39285DEST_PATH_IMAGE009
表示单位时间步长，
Figure 306580DEST_PATH_IMAGE010
表示在主网格节点i上x方向上的有效网格长度，
Figure 727197DEST_PATH_IMAGE011
表示在次网格节点j上y方向上的有效网格长度，
Figure 996505DEST_PATH_IMAGE012
表示在次网格节点z上k方向上的有效网格长度。其中，主网格指电场分量所在的网格，次网格指磁场分量所在的网格，其它电场和磁场分量也通过类似的定义得到。
通过上述迭代系数获取电场分量
Figure 437850DEST_PATH_IMAGE018
的CFDTD算法迭代系数方程式：
Figure 363081DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 649706DEST_PATH_IMAGE020
表示第n时间步在网格索引
Figure 272055DEST_PATH_IMAGE021
下的有效电场
Figure 556406DEST_PATH_IMAGE022
的x分量，即
Figure 31249DEST_PATH_IMAGE023
Figure 855986DEST_PATH_IMAGE024
表示第n时间步真实电场E的x分量，同样的
Figure 365465DEST_PATH_IMAGE025
表示第n+1/2时间步在网格索引
Figure 555138DEST_PATH_IMAGE021
下的有效磁场
Figure 18742DEST_PATH_IMAGE026
的y分量，即
Figure 381590DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 11155DEST_PATH_IMAGE028
表示第n+1/2时间步真实磁场H的y分量。
通过上述方式分别计算出有效电场
Figure 168467DEST_PATH_IMAGE029
、有效磁场
Figure 555586DEST_PATH_IMAGE030
以及真实电场E、真实磁场H的其他分量。
S102：扩展施加的波端口激励面为矩形区域，获取矩形区域沿传播方向延伸预设网格数后的迭代系数，利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系。
在本实施例中，扩展施加的波端口激励面为矩形区域的步骤具体包括：将波端口激励面扩展形成波端口激励面的外接矩形区域，通过波端口激励面的索引起始点扩展外接矩形区域形成矩形区域，波端口激励面位于矩形区域。
在一个具体的实施例中，波端口激励面为XOY面，并且电磁波沿着+
Figure 751818DEST_PATH_IMAGE031
方向传播。为支持任意形状的波端口激励面，首先将所施加端口面的区域扩展为一个外接矩形区域。然后，在外接矩形区域上的索引起始点处分别在
Figure 704731DEST_PATH_IMAGE032
方向和
Figure 298523DEST_PATH_IMAGE033
方向上往外扩充一个网格，得到最终的矩形区域，将该矩形区域作为场数据交换面。
通过扩展外接矩形区域的方式便于在波端口的最外边界上施加PEC边界条件，保证接下来在构建虚拟区域时，真实区域和虚拟区域之间的模型连续性。
获取矩形区域沿传播方向延伸预设个网格后的迭代系数的步骤包括：将矩形区域设置为PEC边界，获取矩形区域沿传播方向延伸一个网格后的波端口激励面上的迭代系数。
在其他实施例中，也可以为沿传播方向延伸2个网格、3个网格以及其他数量，用户可根据自身需求设置。
在一个具体的实施例中，传播方向为+
Figure 907359DEST_PATH_IMAGE031
方向，扩展波端口激励面形成的矩形区域的索引是从
Figure 408748DEST_PATH_IMAGE034
将该矩形区域设置为PEC边界。沿传播方向延伸一个网格后的波端口激励面形成的矩形区域的索引是
Figure 419429DEST_PATH_IMAGE035
到
Figure 685588DEST_PATH_IMAGE036
，根据该索引计算迭代系数，并利用该迭代系数构建虚拟区域。
其中，为了便于构建虚拟区域后提取模式电压，在将波端口激励面扩展为矩形局域后，求解波端口激励面上的模式场分布，即计算波端口激励面上的模式场。对于均匀填充的矩形、圆和同轴波导，可解析地将波端口激励面上的模式场
Figure 844036DEST_PATH_IMAGE017
计算出来，对于非均匀填充的任意形状波导，一般可以通过求解在波端口面上的本征值问题得到其数值解。
具体的，可通过二维有限元方法（2D-FEM）或二维频域有限差分方法（2D-FDFD）进行模式场的计算。
在本实施例中，利用根据迭代系数构建的虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域的联系的步骤具体包括：根据迭代系数构建两个虚拟区域，其中一个虚拟区域用于提取总模式电压和设置场数据交换面，以及根据场数据交换面建立虚拟区域与真实区域的联系，另一个虚拟区域用于提取入射模式电压。
具体的，在虚拟区域中构建吸收边界，通过
Figure 555640DEST_PATH_IMAGE013
Figure 748724DEST_PATH_IMAGE014
计算虚拟区域中与波端口激励面相同的位置处的总模式电压，其中，
Figure 887582DEST_PATH_IMAGE015
表示总模式电压，
Figure 267747DEST_PATH_IMAGE016
表示波端口激励面上的总电场，
Figure 517463DEST_PATH_IMAGE017
表示波端口激励面上的模式场。
在一个具体的实施例中，可以提取总模式电压的虚拟区域用于连接真实区域，其在虚拟区域激励一个模式场，并且吸收反射回来的电磁波。该虚拟区域的构建方式为：在计算机中开辟一块新的内存，用于存放CFDTD算法的迭代系数C0和C1以及未知量电场E和磁场H，虚拟区域前部分的迭代系数均为矩形区域沿传播方向延伸一个网格后的波端口激励面上的迭代系数C0和C1，后部分的迭代系数则用于构建理想匹配层（Perfectly MatchedLayers，PML）作为吸收边界。构建好虚拟区域后，如图所示在和真实区域波端口激励面相同的位置处进行总模式电压提取，通过公式
Figure 165106DEST_PATH_IMAGE037
计算总模式电压。其中，
Figure 271602DEST_PATH_IMAGE015
表示总模式电压，
Figure 342326DEST_PATH_IMAGE016
表示由CFDTD算法求解器计算得到的在波端口面上的总电场，其包含了入射电场和反射电场，即E=Einc+Eref，Einc表示入射电场，Eref表示反射电场，
Figure 458050DEST_PATH_IMAGE017
表示用户感兴趣的模式场，通常情况下为波导激励的主模式。在该虚拟区域中，激励源放置在模式电压提取面向后一个网格的位置处，并且将前端的两个网格设置为场数据交换面，利用该场数据交换面建立虚拟区域与真实区域的联系。
在本实施例中，通过另一个虚拟区域提取入射模式电压时，在虚拟区域中模式电压提取处的两侧分别构建吸收边界，并在提取处计算入射模式电压，提取处的位置与波端口激励面的位置相同。
在一个具体的实施例，用于提取入射模式场的模式电压的虚拟区域的构建方式与另一个虚拟区域的构建方式相同，只是不需要构建场数据交换面，在模式电压提取处的前向增加一个PML吸收边界（通过该吸收边界无反射吸收入射到PML上的电磁波），其中，通过公式
Figure 297830DEST_PATH_IMAGE038
计算入射模式场的模式电压，
Figure 106386DEST_PATH_IMAGE039
表示入射模式场的模式电压，
Figure 697029DEST_PATH_IMAGE040
表示波端口激励面上的入射电场。
在计算总模式电压和入射模式场的模式电压后，如图4所示，首先更新所有区域的电场E，并且将真实区域的场交换面①上的E对应更正为虚拟区域上的E，然后更新所有区域的磁场H，并将虚拟区域中的场交换面②上的H更正为真实区域上的H，这样就建立了真实区域和虚拟区域之间的联系。
S103：提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数。
在本实施例中，运行CFDTD算法求解器提取波端口激励面在每个时间步中的模式电压，具体的，提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数的步骤具体包括：根据模式电压以及联系计算波端口激励面在每个时间步中的模式电压（时域模式电压），通过将时域模式电压作傅里叶变转换到频域中获取频域模式电压，利用频域模式电压计算S参数。
在一个优选的实施例中，对每个时间步，在虚拟区域中，提取总模式电压、入射模式电压。最后通过傅里叶变换将时域模式电压转换为频率模式电压，可得到S参数计算方法：
Figure 554127DEST_PATH_IMAGE041
其中，
Figure 310730DEST_PATH_IMAGE042
表示S参数，i，j分别表示波端口在x、y上的网格索引，
Figure 962291DEST_PATH_IMAGE043
表示网格节点i上的总模式电压，
Figure 69925DEST_PATH_IMAGE044
表示网格节点i上的入射模式电压，
Figure 465134DEST_PATH_IMAGE045
表示网格节点j上的入射模式电压，
Figure 76244DEST_PATH_IMAGE046
。
下面计算了一个横截面为20x10mm，长50mm的矩形空波导，如图6所示。其波导的主模的截止频率为7.5GHz，设置激励源的频率范围为1-20GHz，仿真结果如图7所示，可以发现在波导截止区的S参数是合理正确的。
为了进一步验证该方法的准确性，计算一段包含截止频率的三段波导，其模型尺寸如图8所示，第一段波导和第三段波导的截止频率为5GHz，中间波导的截止频率为10GHz，计算得到的S参数和其他方法对比结果如图9所示，可以发现该方法的计算精度和其他方法基本一致。
有益效果：本发明基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法将计算区域网格离散化，计算网格上的迭代系数，将波端口激励面扩展为矩形区域，根据该迭代系数构建虚拟区域和利用通过虚拟区域获取的模式电压进行S参数的计算，实现了对非规则截面的波端口建模以及波端口激励的S参数计算，计算结果准确，适用范围广，满足了实际工程需求。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种智能终端，请参阅图10，其中，图10为本发明智能终端一实施例的结构图。结合图10对本发明的智能终端进行详细说明。
在本实施例中，智能终端包括处理器、存储器，存储器存储有计算机程序，处理器与存储器通信连接，处理器通过计算机程序执行如上述实施例所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
在一些实施例中，存储器可能包括但不限于高速随机存取存储器、非易失性存储器。例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程功能器件、分立门或者晶体管功能器件、分立硬件组件。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，请参阅图11，图11为本发明计算机可读存储介质一实施例的结构图，结合图11对本发明的计算机可读存储介质进行说明。
在本实施例中，计算机可读存储介质存储有程序数据，该程序数据被用于执行如上述实施例所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
其中，计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(紧致盘-只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。该计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法包括：
S101：将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数；
S102：扩展施加的波端口激励面为矩形区域，获取矩形区域沿传播方向延伸预设网格数后的迭代系数，利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系；
S103：提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数。
2.如权利要求1所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述将计算区域进行Yee网格离散化，计算网格上CFDTD算法的迭代系数的步骤具体包括：
对所述计算区域进行Yee网格离散化，通过公式
Figure 618341DEST_PATH_IMAGE001
Figure 432845DEST_PATH_IMAGE002
计算CFDTD算法的迭代系数
Figure 162903DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 97361DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 136730DEST_PATH_IMAGE005
表示电场分量，
Figure 422218DEST_PATH_IMAGE006
分别表示在x、y、z方向上的网格索引，
Figure 955968DEST_PATH_IMAGE007
表示电导率，
Figure 10511DEST_PATH_IMAGE008
表示有效介电常数，
Figure 722247DEST_PATH_IMAGE009
表示单位时间步长，
Figure 229451DEST_PATH_IMAGE010
表示在主网格节点i上x方向上的有效网格长度，
Figure 301312DEST_PATH_IMAGE011
表示在次网格节点j上y方向上的有效网格长度，
Figure 990789DEST_PATH_IMAGE012
表示在次网格节点z上k方向上的有效网格长度。
3.如权利要求1所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述扩展施加的波端口激励面为矩形区域的步骤具体包括：
将所述波端口激励面扩展形成波端口激励面的外接矩形区域，通过波端口激励面的索引起始点扩展所述外接矩形区域形成所述矩形区域，所述波端口激励面位于所述矩形区域内。
4.如权利要求1所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述获取矩形区域沿传播方向延伸预设网格数后的迭代系数的步骤包括：
将所述矩形区域设置为PEC边界，获取所述矩形区域沿传播方向延伸一个网格后的波端口激励面上的迭代系数。
5.如权利要求1所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述利用迭代系数构建虚拟区域进行模式电压的提取以及建立虚拟区域与真实区域之间的联系的步骤具体包括：
根据所述迭代系数构建两个虚拟区域，一个虚拟区域用于提取总模式电压和设置场数据交换面，根据所述场数据交换面建立所述虚拟区域与真实区域的联系，另一个虚拟区域用于提取入射模式电压。
6.如权利要求5所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，在所述虚拟区域中构建吸收边界，通过
Figure 857113DEST_PATH_IMAGE013
Figure 117194DEST_PATH_IMAGE014
计算所述虚拟区域中与波端口激励面相同的位置处的总模式电压，其中，
Figure 992746DEST_PATH_IMAGE015
表示总模式电压，
Figure 772614DEST_PATH_IMAGE016
表示波端口激励面上的总电场，
Figure 809840DEST_PATH_IMAGE017
表示波端口激励面上的模式场。
7.如权利要求5所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，在所述虚拟区域中模式电压提取处的两侧分别构建吸收边界，并在提取处计算入射模式电压，所述提取处的位置与所述波端口激励面的位置相同。
8.如权利要求1所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法，其特征在于，所述提取虚拟区域中的模式电压以及计算波端口的S参数的步骤具体包括：
根据所述模式电压以及所述联系计算所述波端口激励面在每个时间步中的模式电压，通过将时域模式电压作傅里叶变转换到频域中获取频域模式电压，利用频域模式电压计算S参数。
9.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括处理器、存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器与所述存储器通信连接，所述处理器通过所述计算机程序执行如权利要求1-8任一项所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如权利要求1-8任一项所述的基于CFDTD算法的波端口建模及S参数计算方法。
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