快速电磁计量软件包设计及应用

快速电磁计量软件包设计及应用

王晓东

通辽市市场检验检测中心       内蒙古通辽      028000

摘要：信息化时代，电磁现象屡见不鲜，融入社会各个层面，小到微波加热、广播通讯，大到雷达探测、卫星定位等，不同形式的应用势必对电磁场有更高的要求。想要满足各个领域对电磁的需求，就需要持续优化和完善电磁学，从而使计算机存储量和运算效率得到更好提升，并打破受限问题。因此，文章探究了快速电磁计算软件包的设计，阐述了其相关的应用。

关键词：电磁学计算；快速算法；软件包

  针对电磁学算法的研究和应用，我国起步较晚，当前商业应用的电磁仿真软件多由国外研发设计，例如：三维电磁场仿真软件（CST）等，不同软件都有不同的核心算法，最常见的就是在电磁仿真和电子设计中的应用。而在此方面，我国长受限制，对快速电磁软件的自主产权开发就有重大意义。

1快速电磁计算软件包设计

1.1前处理单元

  该处理单元主要用于对3D模型的创建，以此完成节点的提取等信息。通过GID、ANSYS等分析软件的利用，来完成几何模型的创建，利用Tcl/TK语言来二次开发GID分析软件，并于系统软件中完成集成，从而使软件包的建模效果更为完善。对于网格的划分，通过GID等分析软件来进行，以此完成3D模型构建中出现的文件格式，例如，dxp文件格式等，利用网格划分的形式获得高质量数据文件和自适应网络，例如三角形单元节点和编号等。利用编写接口形式来提取节点信息。结合矢量三角基函数定义来生成边信息。若产生多面连接，则可能连接若干个不同的三角形单元，同时和若干个RWG相对，利用电流的连续性修正多面连接，利用MFTE分析闭合结构的碰撞问题，计算表面单位外法向量。尽管三角形网格生成中也会出现法向量，但其不全是外法向量，因此更深入的判断要利用预处理程序来完成，以此形成归一化三角形网格外法向量。

1.2后处理单元

  利用TDIE方程计算获取的结果通常是在不同时间的表面电流系数，这些系数应能被处理，才可以计算出满足要求的2D或3D电磁参数，这是软件包必备的功能。通过对时刻电流分布、瞬态远场分布等函数编写的方式，来完成对电磁参数单元提取的设计。利用Pro6.0软件开发图形显示单元，此单元的作用即显示极坐标、2D坐标和对数坐标，同时达成图形存储与导出。利用和后处理单元接口程序的编写，借助GIS 3D可视化系统显示出三角形网格中电流分布和位置矢量，同时先显示出表面的电流分布。

1.3计算单元

  计算单元属于软件包的关键单元，对软件运行中的效率和准确性有直接影响，此计算单元涉及多方面内容。第一，时域自适应，其旨在解决类平面结构中电磁波散射问题，其可以解决1W左右数量，若非类平面结构或未知数规模超过2W，则要通过PWTD算法完成。第二，PWTD，其属于软件中关键内容，涉及近组和远组计算。前者旨在利用多目标跟踪算法计算EFIE方程。后者旨在投射、转移与聚集PWTD。在计算机中应用PWTD，可以使6w多未知数规模计算得到更好的解决。若问题超过6W，则要应用混合计算或PDC。第三，多目标跟踪单元，其旨在借助软件包帮助使用者利用多个算法计算多个电磁波，以此使效率和精度达到最佳。多目标跟踪算法的计算较小，通常仅有1千未知数。第四，混合计算单元，其旨在完成电磁中的兼容问题，任何因素都不会对其产生限制，有效结合UID和PWID算法，可以将上述问题合理解决。PDC单元旨在利用前台界面对端口号和局域网成员机的IP地址进行设置，后台利用.NET实施DC计算，在局域网中可以达到30W余未知数问题的处理。

2快速算法

2.1 RCS函数计算

  介质相对介电常数假设是s，在介质表面，利用边界条件，切向电场是“0”，则：

N∗ES（r）=-n∗[Ei(r)+Er(r)]

  ES代表导体表面的散射场，E1代表入射场，则：

E1(r)=(ɵ1Eɵ+Φ1Ey)e-fk-r

  把入射场在左边中分解成ɵ与y两个方向的分量，Er代表入射场直接作用介质表面中的发射场，则：

Er(r)=(ɵrE0RTM+yrRTEEy)e-fkr

  RTM、RTE分别代表TM和TE波入射时，在介质表面产生的广义反射系数，把微带贴片表面的电流计算出，则可以获得原厂散射，这可以通过互义定理获得，之后就可以分析电磁场辐射问题

2.2 DFT快速算法

  即FFT算法，涉及2种类型，即时间抽取和频率抽取。首先，时间抽取，可以设M点序列y（m），把y（m）按照奇偶实施分组，则：WM=-j（2m/M），一个M点DFT可偶分解成M/2的DFT，再次实施分解与迭代。把数据传到存储器后，各级运算结果还要存到同个存储器中，最终展开输出。按照时间抽取原位运算结构，完成后可直接按照相应的顺序展开输出。其次，频率抽取，其按照频率完成抽取的算法，加入M=2 ⋀ N，将y（m）按照前后位置实施分解，借助K的奇偶划分成两组，在获得2和M/2点的DFT运算后，按照分解与迭代，则可以完成输出

3快速电磁计量软件包设计的应用

  将本次快速电磁计量软件包设计应用到某机型中，机身长20米，高4米，翼展14米，把结构刨分成25.364千个三角面，30.254千个未知数实施计算。收集每个时刻表面电流分布数据，显示电流垂直方向中的分量，可以明显观察到脉冲霎时划过飞行器，其可以感应到电流极化方向的峰值，在获取表面电流后即可以计算出雷达散射截面等诸多电磁参数。

4结束语

  综上所述，本文设计的快速电磁计量软件包主要涉及两个部分，即软件集成与算法研究，经过软件在工程实践中的合理运用，表示可以利用算法来使软件的各项功能得以实现。利用计算机编程语言来使算法测试环境的编写得以实现，以此实现对电磁场数据值计算软件包得创建，但此过程即为复杂，既浪费时间又耗费精力。

参考文献

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[2]刘琼芳.电磁兼容检测仪器的计量校准检测及计量校准内容[J].中国科学院大学,2020(12):76-77.

[3]钱帮龙.积分方程方法及其在电磁兼容中应用[J].西安电子科技大学,2012(03):175-176.