CN115659439A - 一种磁声天线模型仿真方法、装置、天线和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁声天线模型仿真方法、装置、天线和存储介质，方法包括建立天线磁电复合结构的仿真模型，对压电材料层的振动模态进行设置，获取与振动模态对应的第一谐振频率；对压磁材料层的几何结构进行调整，以使压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型，对目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导；本发明通过多物理场有限元仿真方法得到磁声天线“磁－声－电”耦合效应及近场电磁场分布数据，推导计算出天线远场性能指标，从而实现对天线各项指标的全面分析，解决了当前磁声天线仿真不能进行远场指标仿真设计分析的难题。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种磁声天线模型仿真方法、装置、天线和存储介质。
背景技术
磁声天线是一种基于“磁－声－电”耦合效应的新原理天线，相比传统电天线具有小型化、芯片化的优势。磁声天线由压电材料层与压磁材料层复合而成，当磁声天线受到来至一个射频信号的激励时，其中的电场分量会通过压电效应使压电材料层发生形变，当压电材料层带动压磁材料发生形变后，后者通过逆磁致伸缩效应产生变化的磁场，该时变的磁场会在空间中激发出时变的电磁场，从而形成电磁辐射。
传统电天线通过三维电磁仿真软件(例如HFSS，High Frequency StructureSimulator，高频结构仿真)进行性能指标的仿真设计，然而磁声天线涉及压电、压磁、电磁等多物理场仿真，三维电磁仿真不再适用。目前，磁声天线仿真设计研究主要采用多物理场仿真软件(例如COMOSL Multiphysics，COMSOL公司的仿真软件产品)，但是，这种方式只能进行近场仿真分析，不能得到远场解，故不能进行天线增益、方向图等各项指标全面分析，因此，亟需一种新的技术手段，解决当前磁声天线难以进行远场指标仿真设计分析的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种磁声天线模型仿真方法、装置、天线和存储介质，以解决上述技术问题。
本发明提供的磁声天线模型仿真方法，包括：建立天线磁电复合结构的仿真模型，所述天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构；对所述压电材料层的振动模态进行设置，获取与所述振动模态对应的第一谐振频率；对所述压磁材料层的几何结构进行调整，以使所述压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导，并通过调整所述仿真模型对远场性能指标进行优化，直到达到天线指标目标值。
于本申请的一实施例中，建立天线磁电复合结构的仿真模型，包括：通过磁场、固体力学、静电场以及预先设置的所述磁场、固体力学、静电场之间的影响关系，对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟，以建立所述天线磁电复合结构的仿真模型；通过有限元多物理场有限元仿真所述磁场、固体力学和静电场，并在天线磁电复合结构仿真模型中的空气域施加偏置磁场，以对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟；对所述天线磁电复合结构仿真模型进行边界条件设置，所述边界条件设置包括对虚构域、固体力学、静电及磁场的边界条件进行设置。
于本申请的一实施例中，基于目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，得到多个数据矩阵，通过不同的所述数据矩阵存放电场的场点、电场分量、磁场的场点和磁场分量；根据预先选取的近场曲面和备选区域，对目标表面进行剖分，并对剖分后的目标表面上的目标点进行线性插值，得到目标点的电磁场数据；根据所述目标点的电磁场数据，设置远场几何球面结构，并计算球面结构上每个点的电磁场数据。
于本申请的一实施例中，选取完全包围天线本体的第一长方体表面作为近场曲面，且所述第一长方体表面不与天线本体发生交叠；选取完全覆盖第一长方体表面的第二长方体区域作为备选区域，所述备选区域不与天线本体发生交叠；获取所述数据矩阵中位于第二长方体区域中的场点、所述场点的位置和电磁场信息，并作为媒介场信息；调整第一长方体表面和第二长方体区域的位置，使得所述媒介场在所述第一长方体表面在不同面上均匀分布。
于本申请的一实施例中，将所述压电材料层设置为线性的信号行为模型；基于所述信号行为模型的应力-电荷建立第一本构方程，以对所述压电材料层的振动模态进行设置。
于本申请的一实施例中，基于实验测量的磁场数据构建第二本构方程，以得到所述磁场的非磁致伸缩相，所述第二本构方程为磁致伸缩本构方程；对磁场进行测量，对测量结果进行插值处理，得到所述磁场的磁致伸缩相；基于所述非磁致伸缩相和磁致伸缩相，确定磁通密度与磁场的关系；根据所述磁通密度与磁场的关系，沿所述压磁材料层中的磁致伸缩材料层长度方向施加激励交变磁场，以使所述第一谐振频率和第二谐振频率趋于一致。
于本申请的一实施例中，根据预设的目标工作频率值对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整；对磁声天线进行近场电磁场分布，并通过频域扰动计算得到谐振状态下近场空间的闭合曲面上的电磁场分布数据，所述电磁场分布数据包括电场大小空间分布数据和磁场大小空间分布数据，所述近场电磁场分布为一个波长范围内的电磁场分布。
本发明还提供一种磁声天线模型仿真装置，包括：建模模块，用于建立天线磁电复合结构的仿真模型，所述天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构；压电材料层分析模块，用于对所述压电材料层的振动模态进行设置，获取与所述振动模态对应的第一谐振频率；压磁材料层分析模块，用于对所述压磁材料层的几何结构进行调整，以使所述压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；远场指标推导模块，用于对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导，并通过调整所述仿真模型对远场性能指标进行优化，直到达到天线指标目标值。
本发明还提供一种磁声天线，天线本体包括：天线本体，天线本体通过上述任一项所述方法制备。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法。
本发明的有益效果：本发明中的磁声天线模型仿真方法、装置、天线和存储介质，通过多物理场有限元仿真方法得到磁声天线“磁－声－电”耦合效应及近场电磁场分布数据，再利用近场电磁场分布数据通过数值计算方法，可以推导计算出天线远场性能指标，从而实现对天线增益、方向图等各项指标的全面分析，解决了当前磁声天线仿真，不能进行远场指标仿真设计分析的难题。
附图说明
图1是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的耦合仿真过程图。
图3是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的磁声天线有限元仿真界面示意图。
图4是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的30MHz面内伸缩模态压电片仿真结果示意图。
图5是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的30MHz面内伸缩模态压电片仿真结果示意图。
图6是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的26MHz磁致伸缩薄膜谐振态仿真示意图。
图7是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的28MHz面内伸缩模态压电片仿真导纳示意图。
图8是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的28MHz面内伸缩模态压电片仿真电场分布示意图。
图9是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的28MHz面内伸缩模态压电片仿真磁场分布示意图。
图10是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的通过数值计算得到的远场天线H面增益方向示意图。
图11是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的通过数值计算得到的远场天线E面增益方向示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
首先需要说明的是，Multiphysics为多物理场，因此COMSOL Multiphysics这个软件的优势就在于多物理场耦合方面。多物理场的本质就是偏微分方程组(PDEs)，所以只要是可以用偏微分方程组描述的物理现象，COMSOL Multiphysics都可以进行计算、模拟、仿真。通过大量预定义的物理应用模式，范围涵盖从流体流动、热传导、到结构力学、电磁分析等多种物理场，可以使用户快速的建立模型，因此可以广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算。
有限元模型是运用有限元分析方法时候建立的模型，是一组仅在节点处连接、仅靠节点传力、仅在节点处受约束的单元组合体。有限元法的基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至各集合体上的场函数。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满足一定的条件。单元组合体在已知外载荷作用下处于平衡状态时，列出一系列以节点、位移为未知量的线性方程组利用计算机解出节点位移后，再用弹性力学的有关公式，计算出各单元的应力、应变，当各单元小到一定程度，即可代表连续体各处的真实情况。
图1是本发明实施例中磁声天线模型仿真方法的流程示意图。
如图1所示，本实施例中的磁声天线模型仿真方法，包括：
S110、建立天线磁电复合结构的仿真模型，天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构。
在本申请的一个实施例中，可以采用多物理场频域有限元方法(运用COMSOL、ANSYS等有限元仿真软件)结合数值计算的方法(运用MATLAB等数学软件)，将“磁－声－电”三个相互耦合的物理场建模研究近场电磁场分布，并通过数值计算方法得到远场辐射场数据，再分析天线各项指标性能，例如增益、方向图等。
在本实施例中，可以采用多物理场有限元仿真软件进行磁声天线磁电复合结构建模，磁电复合结构由单层或多层压电材料层和单层或多层压磁材料层复合而成。磁电复合结构分析域包括磁致伸缩相、压电相和空气域(球形)，采用三维建模可对复杂的模型耦合方程进行分析。
在本申请的一个实施例中，应用例如COMSOL Multiphysics中PDE建模和固体力学、电场、磁场等多物理场计算模块耦合来对磁电层状复合结构进行有限元分析，仿真过程如图2所示，磁电层状复合结构由压电材料层和压磁材料层复合而成。研究磁电层状结构的固有频率、自由振动、耦合系数以及压电材料层的电势输出，分析层状磁电复合结构的“磁－声－电”耦合效应。通过定义磁电材料层本构关系、划分网格、施加载荷和边界条件等步骤，建立了磁电层状结构振动与近场电磁辐射有限元分析模型。利用PDE模块计算磁电层状结构的谐振频率与磁电耦合系数，同时研究偏置磁场对磁电耦合系数及辐射场的影响。对研究磁电层状结构的力学、电磁学及材料性能有很大帮助，分析结果对于磁声天线的改进、设计有重要的参考价值。
在本申请的一个实施例中，通过磁场、固体力学、静电场以及预先设置的磁场、固体力学、静电场之间的影响关系，对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟，以建立所述天线磁电复合结构的仿真模型。通过有限元多物理场有限元仿真所述磁场、固体力学和静电场，并在天线磁电复合结构仿真模型中的空气域施加偏置磁场，以对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟。例如可以运用多物理场有限元仿真软件内置成熟的磁场、固体力学、静电场来模拟磁-声-电耦合机制，如图3所示。在本实施例中，可以通过在空气域中施加偏置磁场，边界条件采用无限元域区域截断，使得模型外部区域不影响内部的求解，同时缩减计算量。
S120、对压电材料层的振动模态进行设置，获取与振动模态对应的第一谐振频率。
在本申请的一个实施例中，将压电材料层设置为线性的信号行为模型；基于信号行为模型的应力-电荷建立第一本构方程，以对压电材料层的振动模态进行设置。本实施例中的本构方程，反映物质宏观性质的数学模型。又称本构关系。通常把应力和应变率，或应力张量与应变张量之间的函数关系称为本构方程。描述特定连续介质运动学量、动力学量、热力学状态之间相互关系的方程。是以应力、应变和时间关系来描述物料的流变性质。通过本构方程可以反映特定物质的固有属性，随所研究的具体介质和运动条件而变。在本实施例中，固体力学模块参数设置，包括压电材料的本构关系可为应变-电荷型，或应力-电荷型；压磁材料磁致伸缩模型可为线性单元、非线性各向同性或非线性立方体，其本构关系可为应力-磁化型，或应变-磁化型。
在本申请的一个实施例中，通过压电效应分析确认压电材料层的振动模态以及对应的谐振频率，本实施例中的振动模态可为多个模态，谐振频率可为多个频率的集合。对于压电分析，可将压电材料层假设为线性的小信号行为模型，以应力-电荷的形式建立本构方程。同样地，压电张量与机械性能之间的关系采用压电装置的内置条件。
在本申请的一个实施例中，可在COMSOL中对压电材料层进行研究，工作在轮廓模态的压电谐振器，其工作频率与其长和宽的尺寸相关，如长度为170μm、宽度为50μm、厚度为0.5μm的压电谐振器工作频率为30MHz，其导纳和谐振态振动位移仿真如图4和图5所示。由如图6所示，本实施例中的压电谐振器工作在长度伸缩方向。
S130、对压磁材料层的几何结构进行调整，以使压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型。
在本申请的一个实施例中，通过选择压磁材料层的材料，设计几何结构，使得压磁材料层主谐振态的频率f2与上述压电效应分析得到的压电材料层某一个振动模块的谐振频率f1趋于一致。在本实施例中，一致性的判据可以为频率之差的绝对值|f2－f1|小于或等于频率阈值。频率阈值的取值可以为小于或等于压电材料层某一个振动模块的谐振频率f1的千分之一
S140、对目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导。
在本申请的一个实施例中，完成压电效应与压磁效应分析后，将压电材料层与压磁材料层复合建立磁电复合结构模型，并加上空气域后进行电磁场仿真，对磁电复合结构尺寸、夹持方式等进行优化设计，对磁电复合结构的谐振频率进行调整，达到磁声天线目标工作频率值。然后，对磁声天线单元或阵列进行近场(一个波长内范围)电磁场分布，得到在近场空间的一个闭合曲面上的电磁场分布数据，电磁场分布数据包括近场的电场大小空间分布数据与磁场大小空间分布数据。
在本申请的一个实施例中，测量磁场中的非磁致伸缩性，基于非磁致伸缩性构建第二本构方程，以得到所述磁场的非磁致伸缩相，第二本构方程为磁致伸缩本构方程；对磁场进行测量，对测量结果进行插值处理，得到磁场的磁致伸缩相；基于非磁致伸缩相和磁致伸缩相确定磁通密度与磁场的关系；根据磁通密度与磁场的关系，沿压磁材料层中的磁致伸缩材料层长度方向施加激励交变磁场，以使所述第一谐振频率和第二谐振频率趋于一致。
在本实施例中，对压磁材料层的振动模态进行设计，以使所述压磁材料层的主谐振态对应的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；优选地，通过稳态计算直流磁场对磁性材料的磁化结果，再进行第二步交流磁场激励下的频域扰动计算，确定压磁材料谐振频率及振动模态。计算第二谐振频率与所述第一谐振频率的频率之差若所述频率之差的绝对值小于预设的频率阈值，则判定所述第二谐振频率与第一谐振频率趋于一致。
基于以上方程在COMSOL中对磁致伸缩层进行分析。沿着磁致伸缩材料层长度方向施加激励交变磁场，设计压磁材料层的几何机构，使得压磁材料层的频率与压电材料层的谐振频率一致，计算结果如图6所示。
在本申请的一个实施例中，根据预设的目标工作频率值对目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整；对磁声天线进行近场电磁场分布，得到在近场空间的闭合曲面上的电磁场分布数据，电磁场分布数据包括电场大小空间分布数据和磁场大小空间分布数据，近场电磁场分布为一个波长范围内的电磁场分布。根据预设的目标工作频率值对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整；根据预设的目标工作频率值对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整；对磁声天线进行近场电磁场分布进行频域扰动计算，得到谐振态下近场空间闭合曲面上的电磁场分布数据，所述电磁场分布数据包括电场大小空间分布数据和磁场大小空间分布数据，所述近场电磁场分布为一个波长范围内的电磁场分布。一个典型磁声天线单元导纳曲线、近场电场及近场磁场分布如图7、图8、图9所示。
在本申请的一个实施例中，利用所述近场电磁场数据通过数值计算方法外推得出远场辐电磁场数据，再计算分析天线各项指标性能，例如磁声天线的增益、方向图等。在本实施例中，可将该电磁场数据导入MATLAB中，通过在MATLAB中编写代码对电磁场中每个独立点源的独立传播构造远场数据。
在本申请的一个实施例中，在对材料进行多物理场仿真时，考虑到时间成本和计算资源仿真区域不会太大。而对天线的核心参数的计算需要获取距离天线足够远处的电磁场(此处足够远既是相对于电磁波波长，也是相对于天线尺寸)信息，也即远场信息。为了达成此目的，可以从多物理场仿真所给出的近距离电磁场数据外推出远场数据。其基本物理原理是电磁波衍射理论。
在本申请的一个实施例中，基于目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，得到多个数据矩阵，通过不同的所述数据矩阵存放电场的场点、电场分量、磁场的场点和磁场分量；根据预先选取的近场曲面和备选区域，对目标表面进行剖分，并对剖分后的目标表面上的目标点进行线性插值，得到目标点的电磁场数据；根据目标点的电磁场数据，设置远场几何球面结构，并计算球面结构上每个点的电磁场数据。
在本申请的一个实施例中，选取完全包围天线本体的第一长方体表面作为近场曲面，且所述第一长方体表面不与天线本体发生交叠；选取完全覆盖第一长方体表面的第二长方体区域作为备选区域，所述备选区域不与天线本体发生交叠；获取数据矩阵中位于第二长方体区域中的场点、场点的位置和电磁场信息，并作为媒介场信息；调整第一长方体表面和第二长方体区域的位置，使得媒介场在所述第一长方体表面在不同面上均匀分布。
在本实施例中，可以对近场电磁场数据先进行预处理。获得四个数据矩阵，分别存放电场的场点、电场三个分量、磁场的场点、磁场的三个分量。选择合适的近场曲面。一般可选取完全包围天线的长方体表面(即第一长方体表面)。在本实施例中，第一长方体表面不能和天线本体有任何交叠。
在本实施例中，选取第一长方体表面后，可以挑选合适的备选区域。对于长方体的每个表面(即目标表面)，挑选另外一个长方体区域(即第二长方体区域)，使得：其可完全覆盖目标表面；其与天线实体无交叠。找出原始数据矩阵中位于此长方体区域的场点，记录场点位置与电磁场信息，将上述信息作为媒介场信息。可适当变更长方体区域与目标表面的位置，使得媒介场的点在目标表面上和下的数目差别不大。然后，将目标表面沿两个垂直方向均匀剖分，完成目标表面剖分。对于目标表面的每个点(即目标点)，在媒介场点中找到与其距离最近的、不共面的四个点，通过线性插值方法，获得目标点的电磁场数据。
在本申请中，可选一个有足够大半径(半径为R)的球的球面，并对此球面进行球坐标系下的均匀剖分，对于球面上的每个点r，此处的电场数据由以下积分给出：
其中，n′是目标表面的向外法向矢量。E和B都是目标表面的电磁场。G是格林函数。而球面每个点的磁场数据可以通过把上面公式做如下替换获得：E换成cB，cB换成-E。上述积分是在目标长方体的目标表面做的。
在本申请的一个实施例中，可以将上述积分离散化，采用二维梯形公式，获得球面上每个点的电磁场数据。可以计算电磁场中的能流密度矢量，即坡印亭矢量(Poyntingvector)，再由仿真预先设定的天线输入功率计算天线增益。如图10、图11所示。
本发明还提供一种磁声天线模型仿真装置，包括：
建模模块，用于建立天线磁电复合结构的仿真模型，所述天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构；
压电材料层分析模块，用于对所述压电材料层的振动模态进行设置，获取与所述振动模态对应的第一谐振频率；
压磁材料层分析模块，用于对所述压磁材料层的几何结构进行调整，以使所述压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；
远场指标推导模块，用于对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导。
在本实施例中，磁声天线模型仿真装置是可以实现上述磁声天线模型仿真方法的载体，上述磁声天线模型仿真方法可以应用在磁声天线模型仿真装置，描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。再此不再赘述。
本实施例还提供一种磁声天线，磁声天线可以通过上述实施例中的任一项方法进行仿真后制备。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。
本实施例还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。
本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。
在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的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(Network Processor，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 SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在上述实施例的对应附图中，连接线可以表示各个部件之间的连接关系，以表示更多的构成信号路径(constituent_signal path)和/或一些线的一个或多个末端具有箭头，以表示主要信息流向，连接线作为一种标识，不是对方案本身的限制，而是结合一个或多个事例性实施例使用这些线有助于更容易地接电路或逻辑单元，任何所代表的信号(由设计需求或偏好所决定)实际上可以包括可以在任意一个方向传送的并且可以以任何适当类型的信号方案实现的一个或多个信号。
在上述实施例中，除非另外规定，否则通过使用“第一”、“第二”等序号对共同的对象进行描述，只表示其指代相同对象的不同实例，而非是采用表示被描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其他方式。在上述实施例中，说明书对“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“本实施例”、“一实施例”、“另一实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必须被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
在上述实施例中，尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变形对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其他存储结构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种磁声天线模型仿真方法，其特征在于，包括：
建立天线磁电复合结构的仿真模型，所述天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构；
对所述压电材料层的振动模态进行设置，获取与所述振动模态对应的第一谐振频率；
对所述压磁材料层的几何结构进行调整，以使所述压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；
对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导，并通过调整所述仿真模型对远场性能指标进行优化，直到达到天线指标目标值。
2.根据权利要求1所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，建立天线磁电复合结构的仿真模型，包括：
通过磁场、固体力学、静电场以及预先设置的所述磁场、固体力学、静电场之间的影响关系，对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟，以建立所述天线磁电复合结构的仿真模型；
通过有限元多物理场有限元仿真所述磁场、固体力学和静电场，并在天线磁电复合结构仿真模型中的空气域施加偏置磁场，以对磁-声-电耦合机制进行仿真模拟；
对所述天线磁电复合结构仿真模型进行边界条件设置，所述边界条件设置包括对虚构域、固体力学、静电及磁场的边界条件进行设置。
3.根据权利要求1所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，对磁声天线远场性能指标进行推导，包括：
基于目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，得到多个数据矩阵，通过不同的所述数据矩阵存放电场的场点、电场分量、磁场的场点和磁场分量；
根据预先选取的近场曲面和备选区域，对目标表面进行剖分，并对剖分后的目标表面上的目标点进行线性插值，得到目标点的电磁场数据；
根据所述目标点的电磁场数据，设置远场几何球面结构，并计算球面结构上每个点的电磁场数据。
4.根据权利要求3所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，根据预先选取的近场曲面和备选区域，对目标表面进行剖分，包括：
选取完全包围天线本体的第一长方体表面作为近场曲面，且所述第一长方体表面不与天线本体发生交叠；
选取完全覆盖第一长方体表面的第二长方体区域作为备选区域，所述备选区域不与天线本体发生交叠；
获取所述数据矩阵中位于第二长方体区域中的场点、所述场点的位置和电磁场信息，并作为媒介场信息；
调整第一长方体表面和第二长方体区域的位置，使得所述媒介场在所述第一长方体表面在不同面上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，对所述压电材料层的振动模态进行设置，包括：
将所述压电材料层设置为线性的信号行为模型；
基于所述信号行为模型的应力-电荷建立第一本构方程，以对所述压电材料层的振动模态进行设置。
6.根据权利要求1所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，对所述压磁材料层的几何结构进行调整，包括：
基于实验测量的磁场数据构建第二本构方程，以得到所述磁场的非磁致伸缩相，所述第二本构方程为磁致伸缩本构方程；
对磁场进行测量，对测量结果进行插值处理，得到所述磁场的磁致伸缩相；
基于所述非磁致伸缩相和磁致伸缩相，确定磁通密度与磁场的关系；
根据所述磁通密度与磁场的关系，沿所述压磁材料层中的磁致伸缩材料层长度方向施加激励交变磁场，以使所述第一谐振频率和第二谐振频率趋于一致。
7.根据权利要求1所述的磁声天线模型仿真方法，其特征在于，对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，包括：
根据预设的目标工作频率值对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整；
对磁声天线进行近场电磁场分布，并通过频域扰动计算得到谐振状态下近场空间的闭合曲面上的电磁场分布数据，所述电磁场分布数据包括电场大小空间分布数据和磁场大小空间分布数据，所述近场电磁场分布为一个波长范围内的电磁场分布。
8.一种磁声天线模型仿真装置，其特征在于，包括：
建模模块，用于建立天线磁电复合结构的仿真模型，所述天线磁电复合结构是基于压电材料层和压磁材料层的复合结构；
压电材料层分析模块，用于对所述压电材料层的振动模态进行设置，获取与所述振动模态对应的第一谐振频率；
压磁材料层分析模块，用于对所述压磁材料层的几何结构进行调整，以使所述压磁材料层的主谐振态的第二谐振频率与所述第一谐振频率趋于一致后，得到目标磁电复合结构模型；
远场指标推导模块，用于对所述目标磁电复合结构模型的谐振频率进行调整，得到目标磁电复合结构模型的近场电磁场分布数据，以对磁声天线远场性能指标进行推导，并通过调整所述仿真模型对远场性能指标进行优化，直到达到天线指标目标值。
9.一种磁声天线，其特征在于，包括：天线本体，所述天线本体通过上述权利要求1至7中任一项所述方法制备。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法。
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