JPH05232169A - Method and device for electromagnetic field analysis - Google Patents

Method and device for electromagnetic field analysis

Info

Publication number
JPH05232169A
JPH05232169A JP30534592A JP30534592A JPH05232169A JP H05232169 A JPH05232169 A JP H05232169A JP 30534592 A JP30534592 A JP 30534592A JP 30534592 A JP30534592 A JP 30534592A JP H05232169 A JPH05232169 A JP H05232169A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electric field
source
magnetic field
field source
boundary
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
Application number
JP30534592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Takeda
重喜 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP30534592A priority Critical patent/JPH05232169A/en
Publication of JPH05232169A publication Critical patent/JPH05232169A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate restrictions on an analysis method and expand the application range by dividing a boundary surface of a space to be analyzed into a plurality of boundary surface elements, providing a surface electric field source and a surface magnetic field source to one reference surface which can be connected to all of the plurality of boundary surface elements with a straight line, and performing calculation by using a specific equation. CONSTITUTION:For example, an area to be analyzed is in a thin and long tubular shape with a curvature and boundary conditions for the area to be analyzed are input to it through a keyboard. A computer performs division processing for dividing the area into sections with a plurality of surfaces P1-P6. Conditions which should be met by the surfaces P1-P6 are to achieve connection with all boundary elements which form a boundary of the area which is divided by two surfaces with a straight line. Then, a surface electric field source Es and a surface magnetic source Hs are given to one reference surface as an energy source and an electric field E and a magnetic field H which exist in or out of the area which is placed on each boundary surface element and is surrounded by each boundary surface element are calculated by equations.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電磁界解析方法及び装
置、特に電磁界現象を利用した素子や装置の設計に供さ
れる電磁界解析方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic field analysis method and apparatus, and more particularly to an electromagnetic field analysis method and apparatus used for designing an element or apparatus utilizing an electromagnetic field phenomenon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、アンテナや導波管、マイクロ
ストリップ回路等の設計を効率良く行うために、これら
素子や回路における電磁界の挙動をコンピュータを用い
て数値解析する種々の電磁界解析方法が提案されてお
り、その主なものは有限要素法、境界要素法及び空間回
路網法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to efficiently design antennas, waveguides, microstrip circuits, etc., various electromagnetic field analysis methods for numerically analyzing the behavior of electromagnetic fields in these elements and circuits using a computer. Are proposed, and the main ones are the finite element method, the boundary element method and the spatial network method.

【0003】当然ながらこれら各手法にはそれぞれ一長
一短があり、用途に応じて適宜使い分けられる。すなわ
ち、有限要素法では閉じた系の定常解(ある1周波数に
おける)が正確に求められる一方、サンプル点が体積全
区間のため計算量が膨大になり、また放射等の開口部の
計算が困難である。また、境界要素法ではサンプル点が
表面のみであるので計算量はそれほど多くなく、開口部
の計算もできるが、各サンプル点が見通せる比較的単純
な形状しか計算できない。さらに、空間回路網法では時
間領域で直接Maxwell方程式を計算するので電磁
界現象に忠実に解析することができるが、サンプル点を
格子の頂点にしか与えられない欠点がある。
As a matter of course, each of these methods has advantages and disadvantages, and they are appropriately used depending on the application. That is, in the finite element method, a steady solution (at a certain frequency) of a closed system can be accurately obtained, but the amount of calculation becomes enormous because the sample points are the entire volume section, and it is difficult to calculate the aperture such as radiation. Is. Further, in the boundary element method, since the sample points are only the surface, the calculation amount is not so large, and the aperture can be calculated, but only a relatively simple shape in which each sample point can be seen is calculated. Further, in the spatial network method, since the Maxwell equation is directly calculated in the time domain, it is possible to faithfully analyze the electromagnetic field phenomenon, but there is a drawback that the sample points are given only to the vertices of the lattice.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ここで、これら各手法
はいずれもMaxwell方程式を解くことによって所
定の空間における電磁界の挙動を調べるものである。電
荷、電流を仮定し、それからスカラーポテンシャル、ベ
クトルポテンシャルを計算し、さらにこれらのポテンシ
ャルから電界、磁界を算出する。
Here, each of these methods is to investigate the behavior of the electromagnetic field in a predetermined space by solving the Maxwell equation. Charge and current are assumed, and then scalar potential and vector potential are calculated, and electric field and magnetic field are calculated from these potentials.

【0005】すなわち、Maxwell方程式はThat is, the Maxwell equation is

【数1】 [Equation 1]

【数2】 [Equation 2]

【数3】 [Equation 3]

【数4】 で与えられる。但し、Eは電界、Dは電束密度、Hは磁
界、Bは磁束密度、iは導伝電流密度、σは電荷密度を
表す。ベクトルポテンシャルをA、スカラーポテンシャ
ルをφとし、
[Equation 4] Given in. However, E is an electric field, D is an electric flux density, H is a magnetic field, B is a magnetic flux density, i is a conduction current density, and σ is a charge density. Let A be the vector potential and φ be the scalar potential,

【数5】 [Equation 5]

【数6】 のように定義する。[Equation 6] Define as follows.

【0006】[0006]

【数7】 が成り立つ。ここで、恒等式[Equation 7] Holds. Where the identity

【数8】 及びローレンツゲージ[Equation 8] And Lorenz gauge

【数9】 を用いると、ベクトルポテンシャルA及びスカラーポテ
ンシャルφに関するラプラスの方程式は、
[Equation 9] Using, the Laplace equation for the vector potential A and the scalar potential φ is

【数10】 [Equation 10]

【数11】 となる。このラプラスの方程式を用いて与えられた電荷
密度σ、電流密度iからベクトルポテンシャルA、スカ
ラーポテンシャルφを計算し、さらに(5)、(6)式
から電界、磁界を算出する。
[Equation 11] Becomes The vector potential A and the scalar potential φ are calculated from the charge density σ and the current density i given using this Laplace equation, and the electric field and the magnetic field are calculated from the equations (5) and (6).

【0007】このように、従来の電磁界解析方法ではポ
テンシャルという間接的な量を介して電界、磁界を得る
ため、境界条件設定等の制約で計算できる構造、状態に
制約がある問題があった。
As described above, in the conventional electromagnetic field analysis method, the electric field and the magnetic field are obtained through the indirect quantity called the potential, so that there is a problem that the structure and the state that can be calculated by the restriction such as the setting of the boundary condition are restricted. ..

【0008】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は従来の解析方法の制約
をなくし、適用範囲、応用範囲を著しく広げることが可
能となる電磁界解析方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic field analysis method which can eliminate the restriction of the conventional analysis method and can remarkably expand the applicable range and the applied range. To provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の電磁界解析方法は、解析すべき空間の境
界面を複数の境界面要素に分割するステップと、これら
複数の境界面要素の全てと直線で接続可能な一基準面に
エネルギ源として面電界源Es 及び面磁界源Hs を与え
るステップと、各境界面要素上及び各境界面要素で囲ま
れる領域内の、又は領域外の電界E、磁界Hをこれら面
電界源Es 、面磁界源Hs から方程式
In order to achieve the above object, an electromagnetic field analysis method according to a first aspect of the present invention comprises a step of dividing a boundary surface of a space to be analyzed into a plurality of boundary surface elements, and a plurality of these boundary surfaces. A step of providing a surface electric field source Es and a surface magnetic field source Hs as an energy source on one reference surface which can be connected to all of the surface elements by a straight line; The external electric field E and magnetic field H are calculated from these surface electric field source Es and surface magnetic field source Hs.

【数12】 [Equation 12]

【数13】 により算出するステップとを有することを特徴とする。[Equation 13] And a step of calculating by

【0010】また、上記目的を達成するために、請求項
2の電磁界解析装置は前記面電界源ES を駆動エネルギ
ー源を全て包含する体積区間の表面上に分布する電界源
で与え、かつ前記面磁界源Hs を駆動エネルギー源を全
て包含する体積区間の表面上に分布する磁界源で与える
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the electromagnetic field analysis apparatus of claim 2 provides the surface electric field source ES with an electric field source distributed on the surface of a volume section including all driving energy sources, and It is characterized in that the surface magnetic field source Hs is provided by a magnetic field source distributed on the surface of a volume section including all the driving energy sources.

【0011】また、上記目的を達成するために、請求項
3の電磁界解析装置は所定領域の境界面、面電界源Es
、面磁界源Hs を指定する入力手段と、前記所定領域
の各要素における電界、磁界を により演算する演算手段と、演算結果を出力する表示手
段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the electromagnetic field analysis apparatus according to a third aspect of the invention has a boundary surface between predetermined regions and a surface electric field source Es.
, An input means for designating the surface magnetic field source Hs, and an electric field and a magnetic field in each element of the predetermined region. And a display means for outputting the calculation result.

【0012】また、上記目的を達成するために、請求項
4の電磁界解析装置は前記入力手段は前記面電界源ES
を駆動エネルギー源を全て包含する体積区間の表面上に
分布する電界源として指定し、かつ前記面磁界源Hs を
駆動エネルギー源を全て包含する体積区間の表面上に分
布する磁界源として指定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the electromagnetic field analyzing apparatus of claim 4, the input means is the surface electric field source ES.
Is designated as an electric field source distributed on the surface of the volume section including all the driving energy sources, and the surface magnetic field source Hs is designated as a magnetic field source distributed on the surface of the volume section including all the driving energy sources. Is characterized by.

【0013】[0013]

【作用】本発明の電磁界解析方法及び装置は、電流と電
圧との線形関係を示すオームの法則に対し系の内部にソ
ースが存在する場合の電流と電圧との非線形関係を表す
テフナンの定理との関係をMaxwell方程式に導入
し、境界要素法によりポテンシャルを介さず直接電界、
磁界を得ることを基本原理としている。
The electromagnetic field analysis method and apparatus of the present invention is based on Ohm's law, which indicates a linear relationship between current and voltage, and Tefnan's theorem, which represents a nonlinear relationship between current and voltage when a source exists inside the system. Introducing the relationship with and into the Maxwell equation, the direct electric field without potential via the boundary element method,
The basic principle is to obtain a magnetic field.

【0014】従来のMaxwell方程式では、エネル
ギ源を表す項を明確にしないまま、電流密度及び電荷密
度を与えていたが、本発明では電界源や磁界源といった
能動的なエネルギ源を与え、Maxwell方程式自体
に駆動の要素を含ませる。駆動源の一例としては、境界
要素法における各境界要素を見渡せる一基準面、すなわ
ち各境界面要素と直線で接続可能な一基準面に面電界源
Es 及び面磁界源Hsを与える。面電界源Es は図7に
示されるようにEs =Er ・δ(z−z0)(但し、Er
はr成分のみを有する電界、δはDiracのデルタ関
数)で与えられ、面磁界源は図8に示されるようにHs
=Hα・δ(z−z0 )(但し、Hαはr方向に直交す
るα方向の成分のみを有する磁界、δはDiracのデ
ルタ関数)で与えられる。これら面電界源Es 及び面磁
界源HS はそれぞれ図9、図10に示されるようなポイ
ンティングベクトル源Sas、Sbsを生じることになる。
そして、面電界源及び面磁界源が図11に示されるよう
にともに存在する場合には、ポインティングベクトル源
Ss は図12に示されるように一方向のみに流出される
ことになる。このポインティングベクトル源が駆動源と
なり、境界要素の電界、磁界が定まっていく。
In the conventional Maxwell equation, the current density and the charge density are given without clarifying the term representing the energy source, but in the present invention, an active energy source such as an electric field source or a magnetic field source is given, and the Maxwell equation is given. Include the driving element in itself. As an example of the drive source, the surface electric field source Es and the surface magnetic field source Hs are given to one reference surface overlooking each boundary element in the boundary element method, that is, one reference surface connectable to each boundary element by a straight line. As shown in FIG. 7, the surface electric field source Es is Es = Er.delta. (Z-z0) (where Er is
Is an electric field having only the r component, δ is given by the Dirac delta function), and the surface magnetic field source is Hs as shown in FIG.
= Hαδ (z−z0) (where Hα is a magnetic field having only a component in the α direction orthogonal to the r direction, and δ is a Dirac delta function). The surface electric field source Es and the surface magnetic field source HS generate the pointing vector sources Sas and Sbs as shown in FIGS. 9 and 10, respectively.
Then, when the surface electric field source and the surface magnetic field source are both present as shown in FIG. 11, the pointing vector source Ss is discharged in only one direction as shown in FIG. This pointing vector source serves as a driving source, and the electric field and magnetic field of the boundary element are determined.

【0015】すなわち、前述のMaxwell方程式の
電界E、磁界Hに新たにエネルギ源ES 、HS を加え、 Et =E+Es Ht =H+Hs と定義する。同様に、電荷及び電流に対しても電荷源σ
s 及び電流源is を加え、 σt =σ+σs it =i+is Dt =D+Ds Bt =B+Bs と定義することもできる。このときのMaxwell方
程式は
That is, new energy sources ES and HS are added to the electric field E and magnetic field H of the above-mentioned Maxwell equation, and defined as Et = E + Es Ht = H + Hs. Similarly, for charge and current, the charge source σ
It is also possible to add s and the current source is to define σt = σ + σs it = i + is Dt = D + Ds Bt = B + Bs. The Maxwell equation at this time is

【数14】 [Equation 14]

【数15】 [Equation 15]

【数16】 [Equation 16]

【数17】 となる。そして、このような変形Maxwell方程式
は従来のMaxwell方程式を損なうものではないこ
とが明かである。すなわち、ベクトルポテンシャルA及
びスカラーポテンシャルφをエネルギ源を含むトータル
な量の電界Et 、磁束密度Bt を表す量であると定義す
ると、
[Equation 17] Becomes Then, it is clear that such a modified Maxwell equation does not impair the conventional Maxwell equation. That is, if the vector potential A and the scalar potential φ are defined as the quantities representing the total amount of the electric field Et and the magnetic flux density Bt including the energy source,

【数18】 [Equation 18]

【数19】 となる。これらの式及びローレンツゲージ[Formula 19] Becomes These formulas and Lorenz gauge

【数20】 を用いると、ベクトルポテンシャルA及びスカラーポテ
ンシャルφに関するラプラスの方程式は
[Equation 20] Using, the Laplace equation for the vector potential A and the scalar potential φ is

【数21】 [Equation 21]

【数22】 となる。この式は本発明における変形Maxwell方
程式のベクトルポテンシャル及びスカラーポテンシャル
がエネルギ源の有無にかかわらず従来の定義によるそれ
らと同じ形で定められることを意味しており、従って変
形Maxwell方程式のポテンシャルは従来のポテン
シャルを否定したり、損なうものではなく、従来のポテ
ンシャルをも含む概念であることがわかる。
[Equation 22] Becomes This expression means that the vector potential and the scalar potential of the modified Maxwell equation in the present invention are defined in the same form as those according to the conventional definition regardless of the presence or absence of the energy source, and therefore the potential of the modified Maxwell equation is It can be seen that the concept does not deny or impair the potential, but also includes the conventional potential.

【0016】そして、このような変形Maxwell方
程式を用いることにより、ポテンシャルを介すことなく
直接電界、磁界を得ることができる。すなわち、(1
4)のrotをとり、さらに(15)を用いると
By using such a modified Maxwell equation, it is possible to directly obtain an electric field and a magnetic field without passing through a potential. That is, (1
Taking rot of 4) and using (15)

【数23】 となり、また(15)のrotをとり、さらに(14)
を用いると
[Equation 23] Then, take the rot of (15) again, and further (14)
With

【数24】 となる。解析すべき一端面に面電界源Es 、面磁界源H
s が存在すると、これらの式は
[Equation 24] Becomes A surface electric field source Es and a surface magnetic field source H are provided on one end surface to be analyzed.
Given s, these expressions

【数25】 [Equation 25]

【数26】 となり、右辺は既知の面電界源Es 、面磁界源Hs であ
るから任意の境界要素の電界E、磁界Hが求まることに
なる。すなわち、一般的にラプラスの方程式
[Equation 26] Since the right side is the known surface electric field source Es and surface magnetic field source Hs, the electric field E and magnetic field H of arbitrary boundary elements can be obtained. That is, in general, the Laplace equation

【数27】 の解は[Equation 27] Is the solution

【数28】 であるから、(26)、(27)から電界、磁界が一義
的に定まることになる(図13参照)。
[Equation 28] Therefore, the electric field and the magnetic field are uniquely determined from (26) and (27) (see FIG. 13).

【0017】なお、より一般的な、面電界源ES 及び面
磁界源HS の例としては、所定半径r0 の球状閉曲面上
に分布する電界源ES =E・δ(r−r0 )で与え、か
つ前記面磁界源Hs を所定半径r0 の球状閉曲面上に分
布する磁界源HS =H・δ(r−r0 )で与えることが
できる。すなわち、ある空間に能動的なエネルギを発し
ている駆動源があり、その結果周囲の空間に電界、磁界
が生じているものと考えることができるが、このエネル
ギ源を完全に包含する球状の体積空間Vを設定し、その
表面をSとして、このS(球状閉曲面)上に面電界ES
、面磁界HS を設定するのである。なお、当然前記体
積区間Vは、目的に応じて、立方体や三角錐のような形
状でもよい。
As a more general example of the surface electric field source ES and the surface magnetic field source HS, an electric field source ES = E.delta. (R-r0) distributed on a spherical closed curved surface having a predetermined radius r0 is given. Further, the surface magnetic field source Hs can be given by a magnetic field source HS = H.delta. (R-r0) distributed on a spherical closed curved surface having a predetermined radius r0. In other words, it can be considered that there is a drive source that actively emits energy in a certain space, and as a result, an electric field or magnetic field is generated in the surrounding space, but a spherical volume that completely contains this energy source. A space V is set, its surface is defined as S, and the surface electric field ES is formed on this S (spherical closed curved surface).
, The surface magnetic field HS is set. Naturally, the volume section V may be shaped like a cube or a triangular pyramid depending on the purpose.

【0018】いま、このように面電界ES 、面磁界HS
を球状閉曲面上に設定することの妥当性をヘルツダイポ
ールを例にとり説明する。図14に示されるごとく、空
間の一点(原点とする)にヘルツダイポールが存在する
場合を考える。従来においては、このヘルツダイポール
はエネルギ源として考慮されていないが、電波は放出し
ているものとして扱われる。このとき、電界E(Er,E
θ,Eα)、磁界H(Hr ,Hθ,Hα)は周知のごと
く、 となる。
Now, in this way, the surface electric field ES, the surface magnetic field HS
The validity of setting A on a spherical closed surface will be explained using a Hertz dipole as an example. As shown in FIG. 14, let us consider a case where a Hertz dipole exists at one point in the space (set as the origin). Conventionally, this Hertz dipole has not been considered as an energy source, but is treated as emitting radio waves. At this time, the electric field E (Er, E
θ, Eα) and the magnetic field H (Hr, Hθ, Hα) are well known, Becomes

【0019】一方、半径r0 の球状の閉曲面はデルタ関
数δ(r−r0 )で表すものとする。そして、この閉曲
面で電界、磁界を切り出すが、電界に着目した場合、こ
の球状の閉曲面はその場所の電界で重み付けされたデル
タ関数として表現される。すなわち、 ES =E(r,θ,α)・δ(r−r0 ) である。この重み付けされたデルタ関数による面電界源
ES は(25)式の右辺の駆動項に用いられ、(25)
式の左辺はこの面電界源の存在の結果(電流密度や電荷
密度は存在しない)生じている電界の様子を示してい
る。すると、空間の任意の点における電界は、グリーン
関数Gを用いて となる。
On the other hand, a spherical closed surface having a radius r0 is represented by a delta function δ (r-r0). Then, the electric field and the magnetic field are cut out with this closed curved surface. When focusing on the electric field, this spherical closed curved surface is expressed as a delta function weighted by the electric field at that location. That is, ES = E (r, .theta., .Alpha.). Delta. (R-r0). The surface electric field source ES by this weighted delta function is used for the driving term on the right side of the equation (25), and
The left side of the equation shows the state of the electric field generated as a result of the presence of this surface electric field source (current density and charge density do not exist). Then, the electric field at any point in space is Becomes

【0020】従って、遠方界においては、 となる。但し、積分範囲は無限遠からエネルギ源の球
(半径r0 )を見たときに見通せる半球部分となる。そ
して、この電界値は前述したへルツダイポールの理論値
と一致することがコンピュータ等の数値計算で確認する
ことができる。
Therefore, in the far field, Becomes However, the integration range is a hemispherical part that can be seen when looking at the energy source sphere (radius r0) from infinity. Then, it can be confirmed by numerical calculation using a computer or the like that this electric field value matches the theoretical value of the Hertz dipole described above.

【0021】以上のヘルツダイポールの例から明かなこ
とは、形成しようとする電界、磁界に対し、その電界、
磁界の形成に寄与する全てのエネルギ源をそれを含む体
積区間で切り抜いて取り去り、その代わりにその体積区
間の表面(閉曲面)上に電界、磁界で重み付けされた面
電界源、面磁界源というエネルギ源で置き換えることが
できることである。そして、このことは、ある閉曲面に
おける電界が定められていれば、その閉曲面に面電界源
を設定して駆動源とし、残りの部分の電界を決定するこ
とができることを意味しており、逆にある部分の電界を
ある値に設定したいとき、駆動源近傍がどのような電界
であればよいかを知ることができることを意味してい
る。
What is clear from the above Hertz dipole example is that the electric field and the magnetic field to be formed are
All energy sources that contribute to the formation of the magnetic field are cut out and removed in the volume section containing it, and instead, the electric field, the surface electric field source weighted by the magnetic field, and the surface magnetic field source are called on the surface (closed curved surface) of the volume section. It can be replaced by an energy source. And, this means that if the electric field in a certain closed curved surface is determined, a surface electric field source can be set to the closed curved surface as a driving source, and the electric field in the remaining portion can be determined. On the contrary, when it is desired to set the electric field of a certain portion to a certain value, it means that the electric field in the vicinity of the driving source can be known.

【0022】このように、本発明ではポテンシャルを介
さず面電界源及び電磁界源から直接電界、磁界を算出す
ることができ、また初期値として与えるのは面電界源E
s 及び面磁界源Hs であるので従来の電荷密度σや電流
密度iを与える場合に比べて容易であり、特殊な空間の
解析も行うことができる。
As described above, in the present invention, the electric field and the magnetic field can be directly calculated from the surface electric field source and the electromagnetic field source without passing through the potential, and the initial value is given as the surface electric field source E.
Since it is s and the surface magnetic field source Hs, it is easier than the conventional case where the charge density σ and the current density i are given, and a special space can be analyzed.

【0023】さらに、初期値として与えられる面電界E
s 及び面磁界源Hs はその面におけるポインティングベ
クトルを与えるため、回路設計でよく知られたSパラメ
ータとの整合性にも優れた解析を行うことができる。
Further, the surface electric field E given as an initial value
Since s and the surface magnetic field source Hs give a pointing vector on the surface, it is possible to perform an analysis excellent in conformity with the S parameter well known in circuit design.

【0024】[0024]

【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る電磁界
解析方法の好適な実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the electromagnetic field analysis method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1には本実施例の電磁界解析装置の構成
ブロック図が示されている。入力手段としてキーボード
10が設けられ、解析すべき領域が境界条件として入力
されるとともに、面電界源Es 及び面磁界源Hs が数値
入力される。このキーボード10からの入力データは図
示しない入出力ポートを介してコンピュータ12に供給
される。コンピュータ12は演算プログラムが格納され
たROM、このプログラムに従い前述した(26)、
(27)、(28)式を用いて電界E、磁界Hを演算す
るCPU、演算結果を記憶するRAMを内蔵しており、
RAMに格納された演算結果、すなわち電界E、磁界H
を表示手段のCRT14に供給して表示する構成であ
る。
FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of the electromagnetic field analysis apparatus of this embodiment. A keyboard 10 is provided as an input means to input a region to be analyzed as a boundary condition, and numerically input a surface electric field source Es and a surface magnetic field source Hs. Input data from the keyboard 10 is supplied to the computer 12 via an input / output port (not shown). The computer 12 is a ROM in which a calculation program is stored, and according to this program, (26),
It has a built-in CPU for calculating the electric field E and the magnetic field H using the equations (27) and (28) and a RAM for storing the calculation results.
Result of calculation stored in RAM, that is, electric field E, magnetic field H
Is supplied to the CRT 14 of the display means and displayed.

【0026】図2には本実施例において解析しようとす
る領域の一例が模式的に示されている。この領域は曲率
を有する細長いチューブ形状をなしており、オペレータ
はキーボード10を用いてこの解析領域の境界条件を入
力する。
FIG. 2 schematically shows an example of a region to be analyzed in this embodiment. This area has an elongated tube shape having a curvature, and the operator uses the keyboard 10 to input the boundary conditions of this analysis area.

【0027】領域が入力されると、コンピュータ12で
はこの領域を複数の面Pi で区間分けする分割処理が行
われれる。この面Pi が満たすべき条件は、2つの面P
i 、Pi+1 で分割された領域の境界を形成する全ての境
界要素と直線で接続可能となることである。図3にはこ
のような接続可能条件を満たす区間の一例が示されてい
る。周知のごとく、境界要素法は境界領域を境界要素に
分けて選点的に解く手法であり、着目する2点が見通せ
る、すなわち直線で接続可能でなければならない。本発
明の電磁界解析方法は基本的に境界要素法を用いて計算
を行うため、この条件が必要となる。従って、図2に示
されるような簡易な領域ではなく、より曲率の大きい複
雑な領域を解析する場合には面Piの数も増大すること
になる。本実施例では、便宜上6個の面P1 、P2 、・
・P6 で分割する例が示されている。
When the area is input, the computer 12 performs division processing for dividing the area into a plurality of planes Pi. The condition that this plane Pi must satisfy is the two planes P.
This means that all the boundary elements forming the boundary of the area divided by i and Pi + 1 can be connected by a straight line. FIG. 3 shows an example of a section satisfying such a connectable condition. As is well known, the boundary element method is a method of dividing a boundary region into boundary elements and solving them in a point-selective manner, and it is necessary that two points of interest can be seen, that is, connectable by a straight line. This condition is necessary because the electromagnetic field analysis method of the present invention basically performs calculation using the boundary element method. Therefore, when analyzing a complicated region having a larger curvature, rather than the simple region shown in FIG. 2, the number of surfaces Pi also increases. In this embodiment, for the sake of convenience, the six planes P1, P2, ...
An example of dividing by P6 is shown.

【0028】ここで、分割された各区間にはSパラメー
タなる係数が割り当てられる。図4にはこのSパラメー
タの模式的な説明図が示されており、ある系の両端面
1、2にそれぞれ負荷γ1 、γ2 が接続されている。そ
して、面1、2からそれぞれa1 、a2 の入射波が入射
し、それぞれb1 、b2 の反射波が反射する場合を想定
すると、それらは系SのSパラメータと、信号源、負荷
の反射係数により
Here, a coefficient as an S parameter is assigned to each of the divided sections. FIG. 4 shows a schematic explanatory diagram of this S parameter, and loads γ1 and γ2 are connected to both end faces 1 and 2 of a system, respectively. Then, assuming that the incident waves of a1 and a2 are respectively incident from the surfaces 1 and 2 and the reflected waves of b1 and b2 are reflected respectively, they depend on the S parameter of the system S and the reflection coefficient of the signal source and the load.

【数29】 のように関係づけられる。従って、この系(本実施例に
おける分割区間)の両端面(本実施例における面Pi )
における入射波、反射波はエネルギ駆動源as と入出力
端の信号源、負荷の反射係数γ1 、γ2 とその系のSパ
ラメータが与えられれば決定される。本発明による数値
計算法では、図2に示される分割された各ステージのS
パラメータ、各ステージの両端の信号源、負荷の反射係
数及び各ステージの入力端のエネルギ駆動源を順次求め
ることが特徴となる。図2には各区間におけるSパラメ
ータがS1 、S2 、・・・、S5 で表されている。
[Equation 29] It is related like. Therefore, both end surfaces (plane Pi in this embodiment) of this system (divided section in this embodiment)
The incident wave and the reflected wave at are determined by the energy drive source as, the signal sources at the input and output ends, the reflection coefficients γ1 and γ2 of the load, and the S parameters of the system. In the numerical calculation method according to the present invention, the S of each divided stage shown in FIG.
It is characterized in that the parameters, the signal sources at both ends of each stage, the reflection coefficient of the load, and the energy driving source at the input end of each stage are sequentially obtained. In FIG. 2, the S parameters in each section are represented by S1, S2, ..., S5.

【0029】電磁界解析の目的は、与えられた領域の各
境界要素における電界、磁界の値を知ることである。こ
の目的のために本実施例では以下のステップを経て解析
を行う。すなわち、 (1)図2に示される各区間のSパラメータSi を求め
る。
The purpose of electromagnetic field analysis is to know the values of the electric field and magnetic field at each boundary element in a given region. For this purpose, in this embodiment, the analysis is performed through the following steps. That is, (1) The S parameter Si of each section shown in FIG. 2 is obtained.

【0030】このため、各区間の両端面Pi 、Pi+1 を
無反射端面とし、入力端Pi 次に出力端Pi+1 を基準電
力波源Es0、Hs0で駆動する。この時のおのおのの場合
の透過波、反射波よりSパラメータSi は定められる。
For this reason, both end faces Pi and Pi + 1 of each section are non-reflecting end faces, and the input end Pi and the output end Pi + 1 are driven by the reference power wave sources Es0 and Hs0. The S parameter Si is determined from the transmitted wave and the reflected wave in each case.

【0031】(2)次に実際の動作状態の各ステージに
おける等価信号源、負荷反射係数及び等価エネルギ駆動
源を求める。
(2) Next, the equivalent signal source, the load reflection coefficient, and the equivalent energy driving source in each stage in the actual operating state are obtained.

【0032】第1面P1 を所定の電力源a1 で駆動し、
各区間のSパラメータSi を用いて順次、図5、図6に
示すように次の区間における等価エネルギ駆動源及び等
価信号源反射係数を求める。等価負荷反射係数も同様に
して求める。それらよりその区間における電界、磁界を
求める。
The first surface P1 is driven by a predetermined power source a1,
Using the S parameter Si of each section, the equivalent energy drive source and the equivalent signal source reflection coefficient in the next section are sequentially obtained as shown in FIGS. The equivalent load reflection coefficient is obtained in the same manner. The electric field and magnetic field in that section are obtained from them.

【0033】ここで、(1)において各区間のSパラメ
ータSi を求める際、及び(2)において等価エネルギ
駆動源ai からその区間における電界、磁界を求める際
に本発明の電磁界解析方法が用いられることになる。
Here, the electromagnetic field analysis method of the present invention is used when obtaining the S parameter Si of each section in (1) and when obtaining the electric field and magnetic field in that section from the equivalent energy driving source ai in (2). Will be

【0034】本発明の電磁界解析方法は一端面に信号
源、反射係数に相当する境界条件で電力波源となる面電
界源Es 及び面磁界源Hs を与えて駆動することにより
区間における全ての境界要素の電界及び磁界を直接算出
することを特徴とする。両端を無反射終端で終端し、基
準駆動エネルギ源で駆動した場合がSパラメータを求め
る操作に相当し、次に両端を実際の信号源、負荷反射係
数と、等価駆動エネルギ源に置き換える場合が実際の電
界、磁界を求める操作に相当する。さらにこれら境界要
素の電界、磁界から端面以外の区間の電界E、面磁界H
が算出される。
According to the electromagnetic field analysis method of the present invention, a signal source is provided at one end surface, and a surface electric field source Es and a surface magnetic field source Hs, which are power wave sources under the boundary condition corresponding to the reflection coefficient, are applied to drive the boundary, and all boundaries in the section are driven. The feature is that the electric field and magnetic field of the element are directly calculated. Driving both ends with a non-reflective end and driving with a reference drive energy source is equivalent to the operation for obtaining S-parameters, and then replacing both ends with an actual signal source, load reflection coefficient, and equivalent drive energy source. This corresponds to the operation of obtaining the electric field and magnetic field of. Further, the electric field E of these boundary elements, the electric field E of the section other than the end face from the magnetic field, and the surface magnetic field H.
Is calculated.

【0035】具体的には、キーボード10から基準電力
波源を入力し、あるいは予めROMに格納された基準電
力波源を読みだしてCPUに供給し、ROMあるいはR
AMに格納された(26)、(27)演算式を用いて電
界、磁界が算出され、さらに(29)を用いてSパラメ
ータが算出されてRAMに格納される。
Specifically, the reference power wave source is input from the keyboard 10, or the reference power wave source stored in advance in the ROM is read and supplied to the CPU, and the ROM or R
The electric field and magnetic field are calculated using the arithmetic expressions (26) and (27) stored in AM, and the S parameter is calculated using (29) and stored in the RAM.

【0036】このようにして各区間におけるSパラメー
タSi が算出された後、(2)のステップに移行する。
この(2)ステップは実際には前述したように等価駆動
エネルギ源及び等価信号源負荷反射係数を求めるステッ
プ(2)−Aとこの等価駆動エネルギ源及び等価信号
源、負荷反射係数から電界、磁界を求める(2)−Bの
2つのステップの繰返しから構成される。
After the S parameter Si in each section is calculated in this way, the process proceeds to step (2).
This step (2) is actually step (2) -A for obtaining the equivalent drive energy source and the equivalent signal source load reflection coefficient as described above, and the equivalent drive energy source and equivalent signal source and the load reflection coefficient from the electric field and the magnetic field. (2) -B is obtained by repeating two steps.

【0037】これら2つのステップの内、(2)−Aス
テップはSパラメータの有する特性に基づいている。図
5に示されるように複数の系Si が接続されている場
合、系S1 〜Si-1 までは単一の系Wi-1 に置き換える
ことができ、このとき系Wi のSパラメータWi は
Of these two steps, step (2) -A is based on the characteristic of the S parameter. When a plurality of systems Si are connected as shown in FIG. 5, the systems S1 to Si-1 can be replaced by a single system Wi-1, and at this time, the S parameter Wi of the system Wi is

【数30】 となることが知られている。但し、[Equation 30] It is known that However,

【数31】 である。従って、ある系Si に着目した場合、その前段
の系S1 〜S5 はまとめて単一の系Wi-1 に置き換えら
れ、そのときの入射エネルギ波源はaqiで与えられるこ
とになる。
[Equation 31] Is. Therefore, when focusing on a certain system Si, the systems S1 to S5 in the preceding stage are collectively replaced by a single system Wi-1, and the incident energy wave source at that time is given by aqi.

【0038】一方、負荷γs と系Wi も単一の負荷γs
´で等価表示することができ、図6のように置き換えた
場合、
On the other hand, the load γs and the system Wi also have a single load γs.
It can be equivalently displayed with ´, and when replaced as shown in Fig. 6,

【数32】 [Equation 32]

【数33】 の関係が成り立つことが知られている。従って、任意の
区間Si における電界、磁界を求めるには、まず(3
0)、(31)を用いて系のSパラメータを合成し、さ
らに(32)、(33)を用いて等価信号源反射係数と
等価駆動エネルギ源を演算し、この等価駆動エネルギ源
を面電界源Es 、面磁界源Hs として本発明に係る(2
5)、(26)を用いて区間Si の電界、磁界を求めれ
ばよい。
[Expression 33] It is known that the relationship of Therefore, in order to obtain the electric field and magnetic field in an arbitrary section Si, first, (3
0) and (31) are used to combine the S-parameters of the system, and (32) and (33) are used to calculate the equivalent signal source reflection coefficient and the equivalent drive energy source. (2) according to the present invention as a source Es and a surface magnetic field source Hs.
5) and (26) may be used to find the electric field and magnetic field in the section Si.

【0039】このように、本実施例ではSパラメータを
用いて指定された領域の電界磁界を解析する例を示した
が、本発明の電磁界解析方法は面電界と面磁界を与えて
直接電磁界を知る方法であるので、Sパラメータとの整
合性に優れた解析を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, an example in which the electric field and magnetic field in the designated region is analyzed by using the S parameter is shown. However, the electromagnetic field analysis method of the present invention gives a surface electric field and a surface magnetic field to directly electromagnetically Since it is a method of knowing the field, it is possible to perform an analysis excellent in consistency with the S parameter.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電磁界解
析方法及び装置によれば、ポテンシャルという間接的な
量を介さずに直接電界、磁界を求めることができる。ま
た、面電界源、面磁界源という形で初期値を設定するの
で、従来の電荷密度、電流密度を設定する場合に比べて
設定が容易であり、特殊な条件の設定も可能となる。さ
らに、ラプラスの方程式を用いているため、他の電磁界
解析方法での手法を容易に適用することができる効果が
ある。
As described above, according to the electromagnetic field analysis method and apparatus of the present invention, it is possible to directly obtain the electric field and magnetic field without using the indirect amount of potential. Further, since the initial values are set in the form of a surface electric field source and a surface magnetic field source, the setting is easier than the conventional setting of the charge density and the current density, and it is possible to set a special condition. Further, since the Laplace equation is used, there is an effect that the method in another electromagnetic field analysis method can be easily applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成ブロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例の解析領域説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an analysis area of the same embodiment.

【図3】同実施例の解析領域の一区間の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a section of an analysis area according to the embodiment.

【図4】同実施例のSパラメータの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of S parameters according to the same embodiment.

【図5】同実施例のSパラメータの特性説明図である。FIG. 5 is a characteristic explanatory diagram of S parameters in the same example.

【図6】同実施例のSパラメータの特性説明図である。FIG. 6 is a characteristic explanatory diagram of S-parameters in the example.

【図7】本発明の面電界源の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a surface electric field source of the present invention.

【図8】本発明の面磁界源の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a surface magnetic field source of the present invention.

【図9】本発明の面電界源のポインティングベクトル説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a pointing vector of the surface electric field source of the present invention.

【図10】本発明の面磁界源のポインティングベクトル
説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a pointing vector of the surface magnetic field source of the present invention.

【図11】本発明の面電磁界源の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a surface electromagnetic field source of the present invention.

【図12】本発明の面電磁界源のポインティングベクト
ル説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a pointing vector of the surface electromagnetic field source of the present invention.

【図13】本発明の2点PP´の位置関係を示す説明図
である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a positional relationship between two points PP ′ of the present invention.

【図14】ヘルツダイポールの説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a Hertz dipole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 キーボード 12 コンピュータ 14 CRT 10 keyboard 12 computer 14 CRT

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 解析すべき領域の境界面を複数の境界面
要素に分割するステップと、 これら複数の境界面要素の全てと直線で接続可能な一基
準面に駆動エネルギ源として面電界源Es 及び面磁界源
Hs を与えるステップと、 各境界面要素上及び各境界面要素で囲まれる領域内の、
又は領域外の電界E、磁界Hをこれら面電界源Es 、面
磁界源Hs から方程式 により算出するステップと、 を有することを特徴とする電磁界解析方法。
1. A step of dividing a boundary surface of a region to be analyzed into a plurality of boundary surface elements, and a surface electric field source Es as a driving energy source on one reference surface connectable to all of the plurality of boundary surface elements by a straight line. And a step of providing a surface magnetic field source Hs, and on each boundary surface element and in a region surrounded by each boundary surface element,
Alternatively, the electric field E and the magnetic field H outside the region are calculated from these surface electric field source Es and surface magnetic field source Hs. And an electromagnetic field analysis method comprising:
【請求項2】 請求項1記載の電磁界解析方法におい
て、 前記面電界源ES を駆動エネルギー源を全て包含する体
積区間の表面上に分布する電界源で与え、かつ前記面磁
界源Hs を駆動エネルギー源を全て包含する体積区間の
表面上に分布する磁界源で与えることを特徴とする電磁
界解析方法。
2. The electromagnetic field analysis method according to claim 1, wherein said surface electric field source ES is given by an electric field source distributed on the surface of a volume section including all drive energy sources, and said surface magnetic field source Hs is driven. An electromagnetic field analysis method, characterized in that a magnetic field source distributed on the surface of a volume section including all energy sources is applied.
【請求項3】 所定領域の電界及び磁界を数値解析する
ための電磁界解析装置であって、 前記所定領域の境界面、面電界源Es 、面磁界源Hs を
指定する入力手段と、 前記所定領域の各要素における電界、磁界を により演算する演算手段と、 演算結果を出力する表示手段と、 を有することを特徴とする電磁界解析装置。
3. An electromagnetic field analyzing apparatus for numerically analyzing an electric field and a magnetic field in a predetermined area, comprising: input means for designating a boundary surface, a surface electric field source Es, and a surface magnetic field source Hs of the predetermined area; Electric field and magnetic field in each element of the area An electromagnetic field analysis apparatus comprising: a calculation unit that calculates by means of; and a display unit that outputs a calculation result.
【請求項4】 請求項3記載の電磁界解析装置におい
て、 前記入力手段は前記面電界源ES を駆動エネルギー源を
全て包含する体積区間の表面上に分布する電界源として
指定し、かつ前記面磁界源Hs を駆動エネルギー源を全
て包含する体積区間表面上に分布する磁界源として指定
することを特徴とする電磁界解析装置。
4. The electromagnetic field analysis apparatus according to claim 3, wherein the input means designates the surface electric field source ES as an electric field source distributed on the surface of a volume section including all driving energy sources, and the surface electric field source ES is specified. An electromagnetic field analyzing apparatus characterized in that a magnetic field source Hs is designated as a magnetic field source distributed on the surface of a volume section including all driving energy sources.
JP30534592A 1991-12-26 1992-11-16 Method and device for electromagnetic field analysis Pending JPH05232169A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30534592A JPH05232169A (en) 1991-12-26 1992-11-16 Method and device for electromagnetic field analysis

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34555291 1991-12-26
JP3-345552 1991-12-26
JP30534592A JPH05232169A (en) 1991-12-26 1992-11-16 Method and device for electromagnetic field analysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05232169A true JPH05232169A (en) 1993-09-07

Family

ID=26564266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30534592A Pending JPH05232169A (en) 1991-12-26 1992-11-16 Method and device for electromagnetic field analysis

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05232169A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006047297A (en) * 2004-07-05 2006-02-16 Ntt Docomo Inc Apparatus for measuring specific absorption rate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006047297A (en) * 2004-07-05 2006-02-16 Ntt Docomo Inc Apparatus for measuring specific absorption rate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20030204343A1 (en) Electromagnetic field analysis method based on FDTD method, medium representation method in electromagnetic field analysis, simulation device, and storage medium
Aiello et al. An overview of the ELFIN code for finite element research in electrical engineering
EP2378444A1 (en) Method, device and computer program product for determining an electromagnetic near field of a field excitation source for an electrical system
US6895354B2 (en) System and method for generating thermal network data and recording medium
Lamecki et al. An efficient framework for fast computer aided design of microwave circuits based on the higher-order 3D finite-element method
EP2607913A2 (en) Magnetic property analyzing method and apparatus
EP0899671B1 (en) A 3-D electromagnetic infinite element
JPH1115814A (en) Simulation device and method using moment method and program storing medium
Knepp et al. Numerical analysis of electromagnetic radiation properties of smooth conducting bodies of arbitrary shape
US6456949B1 (en) Method and apparatus for calculating electromagnetic field intensity, and a computer-readable recording medium
Su et al. A conformal mesh-generating technique for the conformal finite-difference time-domain (CFDTD) method
KR101678683B1 (en) Device and method for analyzing electromagnetic wave using finite-difference time-domain parallel processing algorithm based on dispersive modelling of quadratic complex rational function
US20090177456A1 (en) Mixed Decoupled Electromagnetic Circuit Solver
Wang et al. A FV-TD electromagnetic solver using adaptive Cartesian grids
JPH05232169A (en) Method and device for electromagnetic field analysis
Xie et al. A unified 3-D simulating framework for Debye-type dispersive media and PML technique based on recursive integral method
Rao et al. Computational electromagnetics–A review
Lamecki et al. GPU-Accelerated 3D mesh deformation for optimization based on the finite element method
US20170068762A1 (en) Simulation device, simulation program, and simulation method
De Zutter et al. Recent trends in the integration of circuit optimization and full-wave electromagnetic analysis
Dai et al. Binary combinatorial coding
Chumachenko Domain-product technique solution for the problem of electromagnetic scattering from multiangular composite cylinders
Olivier et al. Analysis of multiport discontinuities in waveguide using a pulsed FDTD approach
Koziel et al. Fast tolerance-aware design optimization of miniaturized microstrip couplers using variable-fidelity EM simulations and response features
Weber et al. Analog circuit synthesis performing fast Pareto frontier exploration and analysis through 3D graphs