JP2015022693A - Analysis method, analyzer, and analysis program - Google Patents
Analysis method, analyzer, and analysis program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015022693A JP2015022693A JP2013152633A JP2013152633A JP2015022693A JP 2015022693 A JP2015022693 A JP 2015022693A JP 2013152633 A JP2013152633 A JP 2013152633A JP 2013152633 A JP2013152633 A JP 2013152633A JP 2015022693 A JP2015022693 A JP 2015022693A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- analysis
- dielectric constant
- medium
- fdtd
- calculation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
本発明は、解析空間の電磁界を解析する解析技術に関する。 The present invention relates to an analysis technique for analyzing an electromagnetic field in an analysis space.
近年、時間領域の有限差分法であるFDTD(Finite Difference Time Domain method)法を用いて電磁界を解析する手法が提案されている。FDTD法は、セルに分割した解析空間において適用される。FDTD法は、計算対象となる解析空間の全体について、計算を実行する周波数に応じたサイズのボクセルに離散化して実行される。FDTD法を用いて、電波の伝搬特性解析等の電磁界シミュレーションを実施する場合、解析空間内に配する電波の波源(例えばアンテナ)や周囲環境を、直方体の微小ブロック(Yeeセル)で再現したボクセルモデルを構築する必要がある(例えば、非特許文献1参照)。 In recent years, a method of analyzing an electromagnetic field using a FDTD (Finite Difference Time Domain method) method which is a finite difference method in a time domain has been proposed. The FDTD method is applied in an analysis space divided into cells. The FDTD method is executed by discretizing the entire analysis space to be calculated into voxels having a size corresponding to the frequency at which the calculation is performed. When performing electromagnetic field simulation such as radio wave propagation characteristics analysis using the FDTD method, the radio wave source (for example, antenna) and the surrounding environment placed in the analysis space are reproduced with a small rectangular parallelepiped block (Yee cell). It is necessary to construct a voxel model (see, for example, Non-Patent Document 1).
図9は、従来のFDTD法を用いた電磁界解析方法の処理の流れを示すフローチャートである。図9を参照しながら、従来の電磁界解析方法について説明する。この電磁界解析方法は、解析装置におけるCPU(Central Processing Unit)などの制御部によって実行される。
まず、制御部は、配列を定義する(S901)。次に、解析装置は、3次元絶対座標値の入力を受け付けることによって解析空間の詳細を規定する(S902)。これにより、解析空間にx軸、y軸、z軸の座標が与えられる。次に、座標値を与えられた空間の離散点の配列に対して、媒質パラメータとなる誘電率が割り当てられる(S903)。例えば、着目空間を充たす媒質が空気であれば誘電率としてε1、着目空間を充たす媒質がガラスであれば誘電率としてε2、着目空間を充たす媒質がポリプロピレンであれば誘電率としてε3のように割り当てる。次に、制御部は、FDTD計算用ボクセルモデルを生成する(S904)。次に、制御部は、電磁界成分を計算する(S905)。具体的には、マクスウェルの方程式を、空間・時間領域での差分方程式に展開して逐次計算をすることで、電場・磁場を決定する。次に、制御部は、電磁界成分に対する吸収境界条件を計算する(S906)。次に、制御部は、すべての計算を終了したか否かを判定する(S907)。判定の結果、計算が終了していなければS905の処理に戻る一方、計算が終了していればS908に進む。次に、制御部は、材質すなわち媒質を変更して再計算を実行するか否かを判定する(S908)。判定の結果、材質変更は終了していない、つまり材質変更とそれに対応する再計算とが必要であるならば、制御部はS903の処理に戻る一方、材質変更は終了した、つまり再計算は不要であるならば、制御部は全ての処理を終了する。
FIG. 9 is a flowchart showing a processing flow of an electromagnetic field analysis method using a conventional FDTD method. A conventional electromagnetic field analysis method will be described with reference to FIG. This electromagnetic field analysis method is executed by a control unit such as a CPU (Central Processing Unit) in the analysis apparatus.
First, the control unit defines an array (S901). Next, the analysis device defines the details of the analysis space by receiving an input of a three-dimensional absolute coordinate value (S902). This gives the x-, y-, and z-axis coordinates to the analysis space. Next, a dielectric constant as a medium parameter is assigned to the array of discrete points in the space given the coordinate values (S903). For example, if the medium filling the space of interest is air, the dielectric constant is ε 1. If the medium filling the space of interest is glass, the dielectric constant is ε 2. If the medium filling the space of interest is polypropylene, the dielectric constant is ε 3 . Assign as follows. Next, the control unit generates a voxel model for FDTD calculation (S904). Next, the control unit calculates an electromagnetic field component (S905). Specifically, the electric and magnetic fields are determined by expanding Maxwell's equations into differential equations in the space and time domains and performing sequential calculations. Next, the control unit calculates an absorption boundary condition for the electromagnetic field component (S906). Next, the control unit determines whether all calculations have been completed (S907). If the calculation is not completed as a result of the determination, the process returns to S905. If the calculation is completed, the process proceeds to S908. Next, the control unit determines whether to perform recalculation by changing the material, that is, the medium (S908). As a result of the determination, if the material change is not completed, that is, if the material change and the corresponding recalculation are necessary, the control unit returns to the processing of S903, while the material change is completed, that is, no recalculation is required. If so, the control unit ends all the processes.
FDTD法によって電磁界成分を計算するためには、前述のように、ボクセルモデルを構築する必要がある。そのためには、解析装置や解析プログラムは、解析空間全体を離散化し、座標毎に誘電率の値を設定する必要があった。これにより、解析処理を実行するためには、常駐メモリを大量に用意しなければならないという問題が生じていた。例えば、乗り物やオフィス環境の空間内に置かれた送信波源からの放射電磁界成分についてFDTD法を用いて伝搬特性を推定するには、膨大なメモリが必要とされる。 In order to calculate the electromagnetic field component by the FDTD method, it is necessary to construct a voxel model as described above. For this purpose, the analysis apparatus or the analysis program needs to discretize the entire analysis space and set a dielectric constant value for each coordinate. As a result, there has been a problem that a large amount of resident memory has to be prepared in order to execute the analysis process. For example, in order to estimate the propagation characteristics of a radiated electromagnetic field component from a transmission wave source placed in a vehicle or office environment using the FDTD method, a huge amount of memory is required.
上記事情に鑑み、本発明は、FDTD法における使用メモリを削減することのできる解析方法、解析装置、及び解析プログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an analysis method, an analysis apparatus, and an analysis program that can reduce the memory used in the FDTD method.
本発明の一態様は、解析空間を複数のセルに分割し、当該解析空間内の電磁界をFDTD(Finite Difference Time-Domain method)法で解析する解析方法において、前記セル毎の媒質の誘電率を当該誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態で記憶する段階を有する。 One aspect of the present invention is an analysis method in which an analysis space is divided into a plurality of cells, and an electromagnetic field in the analysis space is analyzed by a FDTD (Finite Difference Time-Domain method) method. Is stored in a storage form that uses less memory than the real value of the dielectric constant.
また、本発明の一態様においては、前記記憶形態は、前記媒質の種類に対応するインデックス値であって、前記FDTD法の計算において、前記インデックス値で記憶された前記誘電率を当該インデックス値に対応する実数値に置き換えて用いる。 In one aspect of the present invention, the storage form is an index value corresponding to the type of the medium, and the dielectric constant stored as the index value is used as the index value in the calculation of the FDTD method. Replace with the corresponding real value.
また、本発明の一態様においては、前記記憶形態は、前記媒質の種類に応じて割り当てられた文字変数であって、前記FDTD法の計算結果を示す数式における前記文字変数に、当該文字変数に対応する誘電率の実数値を代入する。 In one aspect of the present invention, the storage form is a character variable assigned according to the type of the medium, and the character variable in the mathematical expression indicating the calculation result of the FDTD method is assigned to the character variable. Substitute the corresponding real value of dielectric constant.
また、本発明の一態様は、解析空間を複数のセルに分割し、当該解析空間内の電磁界をFDTD(Finite Difference Time-Domain method)法で解析する解析装置において、前記セル毎の媒質の誘電率を当該誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態で記憶する記憶部を備える。 One embodiment of the present invention is an analysis apparatus that divides an analysis space into a plurality of cells and analyzes an electromagnetic field in the analysis space by an FDTD (Finite Difference Time-Domain method) method. A storage unit is provided that stores the permittivity in a storage form that uses less memory than the real value of the permittivity.
また、本発明の一態様は、コンピュータに、上記の解析方法を実行させるための解析プログラムである。 One embodiment of the present invention is an analysis program for causing a computer to execute the above analysis method.
本発明によれば、FDTD法における使用メモリを削減することができる。 According to the present invention, the memory used in the FDTD method can be reduced.
〔実施の形態1〕
図1は、本発明の一実施形態に係る解析装置100の構成を示すブロック図である。解析装置100は、制御部10、FDTD算出部11、解析空間情報メモリ12(記憶部)、ボクセル保存メモリ13、媒質定数保有メモリ14を備えている。制御部10は、解析装置100全体の動作を制御する。FDTD算出部11は、FDTDの各種計算処理を実行する。FDTD算出部11は、電界成分算出部11aと、電界成分吸収境界条件算出部11bと、磁界成分算出部11cと、磁界成分吸収境界条件算出部11dとを備えている。解析空間情報メモリ12は、解析空間の構成を座標系の情報とともに記憶するメモリである。解析空間情報メモリ12には、解析空間上の各点における誘電率の値も記憶される。本実施形態において、解析空間上の各点における誘電率の値は、実数形式ではなく、よりメモリ使用量が少なく、媒質の種類に対応付けられた整数のインデックス値(1,2,・・・,n)の形態で解析空間情報メモリ12に記憶される。ボクセルモデル保存メモリ13は、構築したボクセルモデルの情報を記憶する。媒質定数保有メモリ14は、上記の各インデックス値に対応づける実数値としての誘電率を媒質の種類毎に記憶している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
図2は、ボクセルモデルの作成の流れを示す図である。例えば、車両をボクセルモデル化する場合であれば、構造を採寸してボクセルモデルを設計し、そのボクセルモデルをシミュレータ上にプログラム展開する。この状態でFDTD法による電磁界の計算を実行し、解析空間の媒質を変更して再計算する必要が生じれば、再びボクセルモデルの設計からの処理を繰り返す。 FIG. 2 is a diagram showing a flow of creating a voxel model. For example, if the vehicle is to be voxel modeled, the structure is measured to design the voxel model, and the voxel model is developed on the simulator. In this state, the calculation of the electromagnetic field by the FDTD method is executed, and if it is necessary to recalculate by changing the medium of the analysis space, the processing from the design of the voxel model is repeated again.
図3は、従来の誘電率記憶方法と本実施形態の誘電率記憶方法とを比較する図である。従来は、図3の左側に示されるように、解析空間における誘電率の3次元配列W(i,j,k)は、倍精度実数型のデータ形を用いて、媒質が空気の場合にはε1、媒質がガラスの場合にはε2のように、小数点を含む実数の形式で記憶していた。i,j,kはいずれも自然数である。このように、従来の誘電率記憶方法では、多数の倍精度実数型のデータを取り扱うことによって、多数セルの誘電率を記憶するので、メモリの使用量が極めて多くなる。これに対して、本実施形態の誘電率記憶方法では、図3の右側に示されるように、実際の誘電率の値ではなく、媒質の種類に対応するインデックス値(1,2,・・・,n)を、単精度実数型(整数型を含む)のデータ形を用いて3次元配列W(i,j,k)に記憶する。例えば、媒質が空気の場合にはインデックス値「1」、媒質がガラスの場合にはインデックス値「2」を解析空間情報メモリ12に記憶する。そして、FDTD法による電磁界の計算に誘電率の値が必要になったときに、記憶されたインデックス値に対応する誘電率の実数値(ε1,ε2,・・・,εn)を媒質定数保有メモリ14から呼び出して計算に用いる。これにより、離散化されたボクセル座標に実数値からなる誘電率を一対一対応させていた従来技術と比較して、解析空間情報メモリ12のメモリ使用量を削減することが可能となる。特に用いられるセル数が多いほど、本実施形態によるメモリ使用量の削減効果は大きくなる。
FIG. 3 is a diagram comparing the conventional dielectric constant storage method and the dielectric constant storage method of the present embodiment. Conventionally, as shown on the left side of FIG. 3, the three-dimensional array of dielectric constants W (i, j, k) in the analysis space uses a double precision real data type, and the medium is air. When the medium is glass, ε 1 is stored in a real number format including a decimal point, such as ε 2 . i, j, and k are all natural numbers. As described above, in the conventional dielectric constant storage method, the dielectric constant of a large number of cells is stored by handling a large number of double-precision real number data, so that the amount of memory used becomes extremely large. On the other hand, in the dielectric constant storage method according to the present embodiment, as shown on the right side of FIG. 3, instead of the actual dielectric constant value, index values (1, 2,... , N) is stored in the three-dimensional array W (i, j, k) using a single precision real type (including integer type) data type. For example, the index value “1” is stored in the analysis
図4は、解析装置100による電磁界解析処理の流れを示すフローチャートである。図4を参照しながら、電磁界解析処理の詳細を説明する。
まず、制御部10は、解析周波数を設定する(S101)。次に、制御部10は、最適セルサイズを自動計算する(S102)。ここでは、S101にて設定された解析周波数を基に最適セルサイズを計算する。セルの大きさを波長サイズ(解析周波数に対応)から十分に小さくすることで計算精度を担保できる。例えば、セルサイズを波長の1/10に設定する。次に、制御部10は、媒質インデックスを定義する(S103)。具体的には、制御部10は、全ての種類の媒質の誘電率に、各々いずれのインデックス値を対応させるのかを定義する。例えば、媒質が空気の場合にはその誘電率にインデックス値「1」を対応させ、媒質がガラスの場合にはその誘電率にインデックス値「2」を対応させる。
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of electromagnetic field analysis processing by the
First, the
次に、制御部10は、配列データを作成する(S104)。図5は、3次元配列W(i,j,k)の各配列に値を割り当てて配列データを作成する処理の流れを示すフローチャートである。図5を参照しながら配列データ作成の処理について説明する。
まず、制御部10は、解析空間の構造を規定する3次元CADデータ(3D−CADデータ)を読み込む(S1041)。次に、制御部10は、媒質変数を読み込む(S1042)。本実施形態においては、媒質変数は、媒質の種類に対応するインデックス値(1,2,・・・,n)である。次に、制御部10は、解析空間における誘電率の3次元配列W(i,j,k)のデータ配列を定義する(S1043)。次に、制御部10は、誘電率の3次元配列W(i,j,k)に、媒質の種類に対応するインデックス値を格納する(S1044)。例えば、媒質が空気の場合にはその誘電率としてインデックス値「1」を格納し、媒質がガラスの場合にはその誘電率としてインデックス値「2」を格納する。次に、制御部10は、全ての3次元配列W(i,j,k)についてインデックス値の格納処理を終了したか否かを判定する(S1045)。判定の結果、全ての3次元配列W(i,j,k)についてインデックス値の格納処理を終了していなければ、i,j,kをそれぞれ順に1ずつ増やしながら、S1044の処理を繰り返す。判定の結果、全ての3次元配列W(i,j,k)についてインデックス値の格納処理を終了していれば、3次元配列W(i,j,k)の作成が完了したものとする(S1046)。
Next, the
First, the
図4に戻って、配列データの作成が完了すれば(S104)、制御部10は、座標値を変換する(S105)。この座標値変換処理は、S104にて決定したボクセルデータ〔3次元配列W(i,j,k)にインデックス値を格納したもの〕を、解析空間における所望の位置に所望の方向で配置する処理である。S105の座標値変換処理は、回転及び移動の処理からなる。このような座標値変換処理が必要になるのは、FDTD計算に必要な吸収境界層の領域を確保した解析空間内の適切な位置にモデルを配置しなおすためである。次に、制御部10は、FDTD計算用のボクセルモデルを作成する(S106)。ここでは、S102にて自動計算された最適セルサイズを基に、CADデータ上で最適セルサイズに応じて解析空間の物体境界線でセルを区切ることで、ボクセルモデルを作成することができる。次に、制御部10は、作成したボクセルモデルに基づいて、解析空間における電磁界成分を計算する(S107)。具体的には、制御部10は、マクスウェルの方程式を、空間・時間領域での差分方程式に展開して逐次計算をすることで、電場・磁場を決定する。この計算において、各セルの媒質の誘電率の値を用いる。この誘電率の値は、W(i,j,k)に格納されたインデックス値を解析空間情報メモリ12上で参照し、このインデックス値に対応する誘電率の実数値を媒質定数保有メモリ14上で読み込むことにより得る。これにより、解析空間情報メモリ12は、誘電率の実数値を記憶せず、媒質に対応するインデックス値のみを記憶すればよいので、メモリ使用量を削減することができる。特に用いられるセル数が多いほど、本実施形態によるメモリ削減の効果は大きくなる。
Returning to FIG. 4, when the creation of the array data is completed (S104), the
次に、制御部10は、電磁界成分に対する吸収境界条件を計算する(S108)。吸収境界条件は、FDTD法を用いて電磁界解析をする際、計算領域境界に到達した電磁波が反射するために境界あるいは境界付近に導入される条件である。次に、制御部10は、すべての計算を終了したか否かを判定する(S109)。判定の結果、計算が終了していなければS107の処理に戻る一方、計算が終了していれば全ての処理を終了する。
Next, the
このように、解析装置100による上記の解析方法は、セル毎の媒質の誘電率をその誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない、媒質の種類に対応するインデックス値で記憶する段階を有している。解析装置100による上記の解析方法は、FDTD法の計算において、インデックス値で記憶された誘電率をそのインデックス値に対応する実数値に置き換えて用いるものである。
As described above, the analysis method by the
〔実施の形態2〕
次に、本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態に係る解析装置100’の構成は、制御部10,解析空間情報メモリ12,及び媒質定数保有メモリ14が各々、制御部10’,解析空間情報メモリ12’,及び媒質定数保有メモリ14’に置き換わる点を除いて、図1の構成と同一である。
[Embodiment 2]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the configuration of the
制御部10’は、解析装置100’全体の動作を制御する。解析空間情報メモリ12’は、解析空間の構成を座標系の情報とともに記憶するメモリである。解析空間情報メモリ12’には、解析空間上の各点における誘電率の値も記憶される。本実施形態においては、解析空間上の各点における誘電率の値は、実数形式ではなく、よりメモリ使用量が少なく、媒質の種類に対応付けられた文字変数の形態で解析空間情報メモリ12’に記憶される。媒質定数保有メモリ14’は、上記の各文字変数に代入すべき実数値としての誘電率を媒質の種類毎に記憶している。
The
図6は、従来の誘電率記憶方法と本実施形態の誘電率記憶方法とを比較する図である。従来は、図6の左側に示されるように、解析空間における誘電率の3次元配列W(i,j,k)は、定数を用いて、媒質が空気の場合にはε1、媒質がガラスの場合にはε2のように、小数点を含む実数の形式で誘電率の値を記憶していた。i,j,kはいずれも自然数である。従来の誘電率記憶方法では、多数の誘電率の値を小数点を含む実数の形式で記憶するので使用メモリの量が極めて多くなる。これに対して、本実施形態の誘電率記憶方法では、図6の右側に示されるように、実際の誘電率の値ではなく、媒質の種類に応じて割り当てられた文字変数(x1,x2,・・・,xn)を、解析空間における誘電率の3次元配列W(i,j,k)として解析空間情報メモリ12に記憶することにした。例えば、媒質が空気の場合にはその誘電率として文字変数「x1」を記憶し、媒質がガラスの場合にはその誘電率として文字変数「x2」を記憶する。この結果、FDTD法による電磁界の計算結果は、上記の文字変数(x1,x2,・・・,xn)を含む数式の形式で得られる。本実施形態では、この計算結果を示す数式における文字変数(x1,x2,・・・,xn)に、媒質の誘電率の実数値(x1=ε1_1,x2=ε1_2,・・・,x1=ε1_n)を代入することにより、最終的な電磁界の計算結果を得る。
これにより、離散化されたボクセル座標に実数値からなる誘電率を一対一対応させていた従来技術と比較して、解析空間情報メモリ12’のメモリ使用量を削減することが可能となる。特に用いられるセル数が多いほど、本実施形態によるメモリ削減の効果は大きくなる。
FIG. 6 is a diagram comparing the conventional dielectric constant storage method and the dielectric constant storage method of the present embodiment. Conventionally, as shown on the left side of FIG. 6, the three-dimensional array of dielectric constants W (i, j, k) in the analysis space uses constants, ε 1 when the medium is air, and the medium is glass. in the case of as epsilon 2, it has stored the value of the dielectric constant in real format including a decimal point. i, j, and k are all natural numbers. In the conventional dielectric constant storage method, since a large number of dielectric constant values are stored in a real number format including a decimal point, the amount of memory used is extremely large. In contrast, in the dielectric constant storage method of the present embodiment, as shown on the right side of FIG. 6, instead of the actual dielectric constant value, character variables (x1, x2, assigned according to the type of medium) are assigned. .., Xn) are stored in the analysis
As a result, it is possible to reduce the memory usage of the analysis
また、電磁界の伝搬特性の計算結果は、解析空間に存在する構造物の材質によって異なる。従来技術では、同一モデルであっても、構造物の材質を変更した場合における伝搬特性の計算結果を得たい場合には、その度に煩雑な再計算を実行する必要が生じていた。これに対して、本実施形態においては、FDTD法による電磁界の計算結果は、誘電率を変数とする数式の形式で得られる。そのため、セル毎の媒質の誘電率を異なる値に変更した場合であっても、上記の数式に新たな誘電率の値を代入するだけで、直ちにFDTD法による電磁界の計算結果が数値として得られる。図6において「モデル1誘電率」「モデル2誘電率」・・・「モデルn誘電率」と記載している誘電率の組は、上記のような媒質変更(モデル1→モデル2→・・・→モデルn)を施すにあたって、上記の数式に代入すべき誘電率の組み合わせを示したものである。例えば、設計変更により、解析空間の構造物をモデル1の材質からモデルnの材質に変更したときの電磁界を計算したければ、上記の数式に代入すべき誘電率の組を(x1=ε1_1,x2=ε1_2,・・・,x1=ε1_n)から(x1=εn_1,x2=εn_2,・・・,x1=εn_n)に変更すればよい。
The calculation result of the propagation characteristics of the electromagnetic field varies depending on the material of the structure existing in the analysis space. In the prior art, even if the model is the same, if it is desired to obtain the calculation result of the propagation characteristics when the material of the structure is changed, it is necessary to perform complicated recalculation each time. On the other hand, in this embodiment, the calculation result of the electromagnetic field by the FDTD method is obtained in the form of a mathematical expression with the dielectric constant as a variable. Therefore, even if the dielectric constant of the medium for each cell is changed to a different value, the calculation result of the electromagnetic field by the FDTD method can be immediately obtained as a numerical value simply by substituting the new dielectric constant value into the above formula. It is done. In FIG. 6, a set of dielectric constants described as “
図7は、解析装置100’による電磁界解析処理の流れを示すフローチャートである。図7を参照しながら、電磁界解析処理の詳細を説明する。
まず、制御部10’は、解析周波数を設定する(S201)。次に、制御部10’は、最適セルサイズを自動計算する(S202)。ここでは、S201にて設定された解析周波数に基づいて最適セルサイズを計算する。セルの大きさを波長サイズ(解析周波数に対応)から十分に小さくすることで計算精度を担保できる。例えば、セルサイズを波長の1/10に設定する。次に、制御部10’は、媒質変数を定義する(S203)。具体的には、全ての種類の媒質の誘電率に、各々いずれの文字変数を対応させるのかを定義する。例えば、媒質が空気の場合にはその誘電率に文字変数「x1」を対応させ、媒質がガラスの場合にはその誘電率に文字変数「x2」を対応させる。次に、制御部10’は、配列データを作成する(S204)。配列データ作成の処理については、実施の形態1のインデックス値(1,2,・・・,n)が、本実施形態では文字変数(x1,x2,・・・,xn)に置き換わる点を除いて、図5の説明と同様である。本実施形態によれば、解析空間情報メモリ12’は、実数値の誘電率を記憶せず、各セルの媒質に対応する文字変数のみを記憶すればよいので、メモリ使用量を削減することができる。
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of electromagnetic field analysis processing by the
First, the
配列データの作成が完了すれば、制御部10’は、座標値を変換する(S205)。この座標値変換処理は、回転及び移動の処理からなる。このような座標値変換処理が必要になるのは、FDTD計算に必要な吸収境界層の領域を確保した解析空間内の適切な位置にモデルを配置しなおすためである。次に、制御部10は、FDTD計算用のボクセルモデルを作成する(S206)。S202にて自動計算された最適セルサイズを基に、CADデータ上で最適セルサイズに応じて解析空間の物体境界線でセルを区切ることで、ボクセルモデルを作成することができる。次に、制御部10は、作成したボクセルモデルに基づいて、解析空間における電磁界成分を計算する(S207)。具体的には、制御部10は、マクスウェルの方程式を、空間・時間領域での差分方程式に展開して逐次計算をすることで、電場・磁場を決定する。この計算結果は、上記の文字変数(x1,x2,・・・,xn)を含む数式の形式で得られる。
When the creation of the array data is completed, the control unit 10 'converts the coordinate value (S205). This coordinate value conversion process includes rotation and movement processes. The reason why such coordinate value conversion processing is necessary is to re-arrange the model at an appropriate position in the analysis space that secures the region of the absorption boundary layer necessary for the FDTD calculation. Next, the
次に、制御部10’は、電磁界成分に対する吸収境界条件を計算する(S208)。吸収境界条件の意義は前述と同じである。次に、制御部10’は、すべての計算を終了したか否かを判定する(S209)。S209における判定の結果、計算が終了していなければ、周波数を変更して更なる計算を実行するか否かを問い合わせ(S210)、周波数を変更する必要があればS201の処理に戻る一方、周波数を変更する必要がなければS207の処理に戻る。周波数を変更する必要があるときにS201の処理に戻る理由は、計算モデルの変更に伴って、「周波数設定」(S201)及び「最適セルサイズ自動計算」(S202)を再び実行する必要があるからである。S209における判定の結果、計算が終了していれば、制御部10’は、上記の数式における文字変数に、媒質の誘電率の実数値(x1=ε1_1,x2=ε1_2,・・・,x1=ε1_n)を代入する(S211)。次に、制御部10’は、材質すなわち各セルを充たす媒質を変更するか否かを判定する(S212)。S212における判定の結果、材質変更は終了していない、つまり材質変更が必要であるならばS211の処理に戻って、上記の数式における文字変数に、新たな誘電率の組み合わせ(例えばx1=ε2_1,x2=ε2_2,・・・,x1=ε2_n)を代入する。S212における判定の結果、材質変更が終了していれば、制御部10’は、全ての処理を終了する。
Next, the
本実施形態の解析装置100’によれば、FDTD法による電磁界の計算結果が、誘電率を変数として含む数式の形式で得られるので、媒質の誘電率を異なる値の組み合わせ(モデル1,モデル2,・・・,モデルn)に変更した場合であっても、上記の数式に新たな誘電率の値を代入するだけで、直ちにFDTD法による電磁界の計算結果が数値として得られる。
According to the
特に、電磁界シミュレーションにおいては、シミュレーションモデルの影響について、自由空間伝搬特性との差分で比較したり、構造物の有り無しによる差分を評価したりすることが多い。本実施形態によれば、上記の数式にモデル毎の誘電率の値を代入するだけで、簡単にモデル毎の伝搬特性を算出して差分計算を行うことができる。図8は、異なるモデル毎の伝搬特性の例と、各伝搬特性から差分を算出する様子を示す図である。同図に示されるように、自由空間損失値については構造物がない場合に該当するから、上記の文字変数については、x1=x2=・・・=xnの関係が成り立つ。 In particular, in electromagnetic field simulation, the effect of a simulation model is often compared with a difference from free space propagation characteristics, or a difference due to the presence or absence of a structure is often evaluated. According to the present embodiment, the difference calculation can be performed by simply calculating the propagation characteristics for each model by simply substituting the value of the dielectric constant for each model into the above formula. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of propagation characteristics for different models and how to calculate a difference from each propagation characteristic. As shown in the figure, since the free space loss value corresponds to the case where there is no structure, the relationship of x1 = x2 =.
このように、解析装置100’による上記の解析方法は、セル毎の媒質の誘電率をその誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない、媒質の種類に応じて割り当てられた文字変数で記憶する段階を有している。解析装置100’による上記の解析方法は、FDTD法の計算結果を示す数式における上記の文字変数に、その文字変数に対応する誘電率の実数値を代入するものである。
As described above, the analysis method by the
電界と磁界とについてのFDTD法による計算結果の数式例を示す。電界と磁界について各々x,y,zの6成分があるが、下記の数式(1)は、x方向の電界成分Exとx方向の磁界成分Hxとを代表的に示している。
上記の解析装置100及び100’の実行する解析方法は、解析空間を複数のセルに分割し、その解析空間内の電磁界をFDTD法で解析する解析方法である。上記の解析装置100及び100’の実行する解析方法は、セル毎の媒質の誘電率をその誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態で記憶する段階を有している。
The analysis method executed by the
上記の解析装置100及び100’によれば、FDTD法における使用メモリを削減することができる。また、解析装置100’によれば、解析空間内の材質変更を行った際にも電磁界解析の再計算を少ない計算量で容易に実行することができる。
According to the
また、上記の説明では、解析空間内の物質の誘電率をインデックス値または文字変数として記憶する形態を示した。しかし、解析空間内で磁性体を取り扱う場合には、解析空間内の物質の誘電率だけでなく、透磁率についても、空間的な分布を有することになる。このような場合には、解析空間内の物質の誘電率だけでなく、透磁率についても、〔実施の形態1〕〔実施の形態2〕の誘電率と同様に取り扱うことにより、透磁率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態(インデックス値または文字変数)として記憶してもよい。このようにすれば、解析空間内で磁性体を取り扱う場合において更にメモリ使用量を削減することができる。 In the above description, the form in which the dielectric constant of the substance in the analysis space is stored as an index value or a character variable is shown. However, when a magnetic material is handled in the analysis space, not only the dielectric constant of the substance in the analysis space but also the magnetic permeability has a spatial distribution. In such a case, not only the dielectric constant of the substance in the analysis space but also the magnetic permeability is handled in the same manner as the dielectric constants of [Embodiment 1] and [Embodiment 2], so that the actual permeability can be realized. You may memorize | store as a memory | storage form (index value or a character variable) with less memory usage than a numerical value. In this way, the memory usage can be further reduced when the magnetic material is handled in the analysis space.
また、図1の各機能ブロックを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより解析処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 1 is recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in the recording medium is read into a computer system and executed to perform analysis processing. Also good. The “computer system” here includes an OS (Operating System) and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM (Read Only Memory) and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Say. Furthermore, “computer-readable recording medium” refers to a fixed volatile memory such as a volatile memory inside a computer system serving as a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Including those holding time programs.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計も含まれる。なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design that does not depart from the gist of the present invention. Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
10…制御部, 10’…制御部, 11…FDTD算出部, 11a…電界成分算出部, 11b…電界成分吸収境界条件算出部, 11c…磁界成分算出部, 11d…磁界成分吸収境界条件算出部, 12…解析空間情報メモリ(記憶部), 12’…解析空間情報メモリ(記憶部), 13…ボクセル保存メモリ, 14…媒質定数保有メモリ, 14’…媒質定数保有メモリ, 100…解析装置, 100’…解析装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記セル毎の媒質の誘電率を当該誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態で記憶する段階を有する解析方法。 In the analysis method of dividing the analysis space into a plurality of cells and analyzing the electromagnetic field in the analysis space by the FDTD (Finite Difference Time-Domain method) method,
An analysis method including a step of storing a dielectric constant of a medium for each cell in a storage form in which a memory usage is smaller than a real value of the dielectric constant.
前記FDTD法の計算において、前記インデックス値で記憶された前記誘電率を当該インデックス値に対応する実数値に置き換えて用いる請求項1に記載の解析方法。 The storage form is an index value corresponding to the type of the medium,
The analysis method according to claim 1, wherein in the calculation of the FDTD method, the dielectric constant stored in the index value is used by replacing it with a real value corresponding to the index value.
前記FDTD法の計算結果を示す数式における前記文字変数に、当該文字変数に対応する誘電率の実数値を代入する請求項1に記載の解析方法。 The storage form is a character variable assigned according to the type of the medium,
The analysis method according to claim 1, wherein a real value of a dielectric constant corresponding to the character variable is substituted for the character variable in the mathematical expression indicating the calculation result of the FDTD method.
前記セル毎の媒質の誘電率を当該誘電率の実数値よりもメモリ使用量の少ない記憶形態で記憶する記憶部を備える解析装置。 In the analysis device that divides the analysis space into a plurality of cells and analyzes the electromagnetic field in the analysis space by the FDTD (Finite Difference Time-Domain method) method,
An analysis apparatus including a storage unit that stores a dielectric constant of a medium for each cell in a storage form in which a memory usage is smaller than a real value of the dielectric constant.
請求項1から3のいずれか1項に記載の解析方法を実行させるための解析プログラム。 On the computer,
The analysis program for performing the analysis method of any one of Claim 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013152633A JP2015022693A (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Analysis method, analyzer, and analysis program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013152633A JP2015022693A (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Analysis method, analyzer, and analysis program |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015022693A true JP2015022693A (en) | 2015-02-02 |
Family
ID=52487043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013152633A Pending JP2015022693A (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Analysis method, analyzer, and analysis program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015022693A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021051467A (en) * | 2019-09-24 | 2021-04-01 | 日本電信電話株式会社 | Analysis apparatus, analysis method and analysis program |
CN115060769A (en) * | 2022-06-07 | 2022-09-16 | 深圳大学 | Tunnel surrounding rock fracture and looseness detection method, system, terminal and storage medium based on intelligent inversion |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002092628A (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Namco Ltd | Game system, information storage medium, and compressed data forming method |
JP2005274233A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | Electromagnetic field simulator, electromagnetic field analyzer, electromagnetic field simulation program, and electromagnetic field analysis program |
JP2010181614A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Yahoo Japan Corp | Movement simulation apparatus, and method of operating the same |
-
2013
- 2013-07-23 JP JP2013152633A patent/JP2015022693A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002092628A (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Namco Ltd | Game system, information storage medium, and compressed data forming method |
JP2005274233A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | Electromagnetic field simulator, electromagnetic field analyzer, electromagnetic field simulation program, and electromagnetic field analysis program |
JP2010181614A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Yahoo Japan Corp | Movement simulation apparatus, and method of operating the same |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021051467A (en) * | 2019-09-24 | 2021-04-01 | 日本電信電話株式会社 | Analysis apparatus, analysis method and analysis program |
JP7228840B2 (en) | 2019-09-24 | 2023-02-27 | 日本電信電話株式会社 | Analysis device, analysis method and analysis program |
CN115060769A (en) * | 2022-06-07 | 2022-09-16 | 深圳大学 | Tunnel surrounding rock fracture and looseness detection method, system, terminal and storage medium based on intelligent inversion |
CN115060769B (en) * | 2022-06-07 | 2024-04-02 | 深圳大学 | Tunnel surrounding rock fracture and looseness detection method and system based on intelligent inversion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Davidson | Computational electromagnetics for RF and microwave engineering | |
JP4528684B2 (en) | Simulation method | |
Schneider et al. | Decoupling simulation accuracy from mesh quality | |
Ergul et al. | Broadband multilevel fast multipole algorithm based on an approximate diagonalization of the Green’s function | |
Kundu et al. | Transient response of structural dynamic systems with parametric uncertainty | |
Panesar et al. | Hierarchical remeshing strategies with mesh mapping for topology optimisation | |
JP2009098891A (en) | Simulation device, simulation program, recording medium in which simulation program is stored and simulation method | |
TWI421703B (en) | Simulation techniques | |
Auer et al. | Real‐time fluid effects on surfaces using the closest point method | |
US11669662B2 (en) | Machine learning method and computing system | |
Plews et al. | An improved nonintrusive global–local approach for sharp thermal gradients in a standard FEA platform | |
Ala et al. | Numerical investigations of an implicit leapfrog time-domain meshless method | |
Dault et al. | A mixed potential MLFMA for higher order moment methods with application to the generalized method of moments | |
JP2018067124A (en) | Simulation program, simulation method and information processing apparatus | |
Fahs | Improving accuracy of high-order discontinuous Galerkin method for time-domain electromagnetics on curvilinear domains | |
WO2020068244A2 (en) | General scattered field simulator | |
JP2015022693A (en) | Analysis method, analyzer, and analysis program | |
JP4262762B2 (en) | Electromagnetic field analysis program | |
Dawson et al. | The application of a high-order discontinuous Galerkin time-domain method for the computation of electromagnetic resonant modes | |
JP7228840B2 (en) | Analysis device, analysis method and analysis program | |
JP6582766B2 (en) | Simulation device, simulation program, and simulation method | |
Markowskei et al. | Measuring the effect of rounding the corners of scattering structures | |
CN114386211A (en) | Optimization device, optimization method, and computer-readable medium storing optimization program | |
Tsybulnik et al. | Efficient Sparse-Grid Implementation of a Fifth-Order Multi-resolution WENO Scheme for Hyperbolic Equations | |
JP2019128918A (en) | Arithmetic device, arithmetic control device, and program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150713 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150713 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160607 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161206 |