學(xué)術(shù)交流|電子科技大學(xué)胡俊、江明課題組在超材料電磁建模算法方面取得新進(jìn)展

電子科技大學(xué)電磁輻射與散射團(tuán)隊(duì)胡俊教授、江明副研究員提出了針對(duì)大規(guī)模復(fù)雜超材料電磁特性的高效精確建模方法。研究成果以“Efficient and Accurate Simulations of Metamaterials Based on Domain Decomposition and Unit Feature Database”為題發(fā)表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上（DOI：10.1109/TAP.2024.3436679），電子科技大學(xué)為獨(dú)立完成單位，胡俊教授為通信作者，江明副研究員為第一作者。合作者還包括碩士研究生冉維健、博士后楊雄、東南大學(xué)崔鐵軍院士、程強(qiáng)教授、武軍偉副研究員、吳瑞元副研究員，鵬城實(shí)驗(yàn)室李銀副研究員等。

隨著超材料應(yīng)用的日益增多，對(duì)這些材料進(jìn)行高效和準(zhǔn)確仿真的需求變得迫切。超材料通常是電大尺寸含有精細(xì)結(jié)構(gòu)并包含多材料組分，這使得它們的全波建模仿真變得具有挑戰(zhàn)性。為解決上述問(wèn)題，本文提出了一種基于新型有限元-邊界元區(qū)域分解算法和陣元特征數(shù)據(jù)庫(kù)的策略，顯著提高了傳統(tǒng)全波方法在周期/準(zhǔn)周期陣列問(wèn)題的求解效率。文中通過(guò)對(duì)一個(gè)2-bit超表面算例的考察，發(fā)現(xiàn)隨著陣列規(guī)模變大所提方法比傳統(tǒng)有限元邊界元區(qū)域分解法有顯著優(yōu)勢(shì)，比如當(dāng)陣列維度為50×50時(shí)，計(jì)算時(shí)間可以縮減60%，計(jì)算內(nèi)存需求也減少80%。文中進(jìn)一步通過(guò)實(shí)際超表面的測(cè)試結(jié)果和商業(yè)軟件仿真結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了所提方法的精確性和高效性，這項(xiàng)工作有望在超材料的仿真、設(shè)計(jì)和優(yōu)化中發(fā)揮重要作用。

仿真案例一：

圖1  1-bit編碼超表面陣列仿真

基于本文的研究方案，對(duì)大規(guī)模陣列電磁建模問(wèn)題不需要一體化幾何建模和網(wǎng)格化前處理，而只針對(duì)不同類(lèi)型的陣列單元進(jìn)行幾何建模和網(wǎng)格處理；并且對(duì)陣列規(guī)模維度具有可拓展性，即對(duì)不同類(lèi)型、規(guī)模的布陣進(jìn)行靈活處理，不需要對(duì)不同維度或布陣方式的陣列進(jìn)行重復(fù)幾何建模。大幅提升了計(jì)算效率，對(duì)推進(jìn)電大尺寸復(fù)雜非均勻陣列的電磁建模仿真具有重要意義，此方案之前也榮獲2024年華為火花獎(jiǎng)。

仿真案例二：

圖2 毫米波封裝天線陣列仿真

供稿 | 江明
編輯 | 邢天宇
校稿 | 陳涌頻
審核 | 古月

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