機(jī)箱電磁耦合問題的大規(guī)模并行FDTD實(shí)現(xiàn).pdf

1、時(shí)域有限差分法(FDTD)是一種有效的電磁場數(shù)值求解方法。其簡單、靈活且易于并行,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜的電磁仿真分析。本文主要致力于適于大規(guī)模并行FDTD及其實(shí)用中的關(guān)鍵技術(shù)研究,并以機(jī)箱的電磁耦合為背景展開。研究的主要內(nèi)容包括:JASMIN框架下的大規(guī)模并行FDTD實(shí)現(xiàn)研究；適于大規(guī)模并行時(shí)域有限差分法的網(wǎng)格剖分算法研究；基于大規(guī)模并行FDTD的復(fù)雜電磁耦合問題研究；基于空域.時(shí)域抽樣的基爾霍夫近-近(遠(yuǎn))場轉(zhuǎn)換算法及其并行化研究

2、。
　　 JASMIN框架是由北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所研制的并行框架,全稱為并行自適應(yīng)網(wǎng)格應(yīng)用支撐軟件框架(JparallelAdaptiveStructuredMeshapplicationsInfrastructure)。本文首先在JASMIN框架上完成了高效、高置信度的大規(guī)模并行FDTD基本計(jì)算程序,包括FDTD迭代、CPML吸收邊界、點(diǎn)源激勵(lì)以及自動(dòng)負(fù)載平衡和重啟動(dòng)等等,并以自由空間電偶極子輻射問題為例完成了程序計(jì)算

3、精度和有效性的驗(yàn)證。
　　 采用FDTD仿真電磁問題,首先需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)格化離散建模。在大規(guī)模并行FDTD計(jì)算中,高效的網(wǎng)格生成算法更為必要。為了適應(yīng)大規(guī)模并行FDTD電磁建模網(wǎng)格剖分需求,本文討論了一種基于三角面元CAD(Computer-aideddesign)數(shù)據(jù)文件的FDTD網(wǎng)格自動(dòng)剖分方法,并在JASMIN下完成了該算法的并行化。數(shù)值算例表明這是一種準(zhǔn)確、快速的自動(dòng)網(wǎng)格生成技術(shù),有效的解決了大規(guī)模并行FDTD的網(wǎng)格化

4、離散建模問題。此外,為了能完善網(wǎng)格剖分算法,也為了使得仿真模塊更具實(shí)用性,本文還介紹基于QT與OpenGL的可視化界面開發(fā)技術(shù),在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的FDTD前處理軟件界面,該平臺(tái)能夠?qū)TL格式CAD文件的顯示和修改,同時(shí)能夠編輯一些簡單的實(shí)體圖形并導(dǎo)出STL文件。
　　 以上述兩條為基礎(chǔ)研究了復(fù)雜機(jī)箱的電磁耦合問題,通過大量電磁耦合的算例計(jì)算,并將結(jié)果與商業(yè)軟件對(duì)比,驗(yàn)證了并行FDTD在研究大規(guī)模復(fù)雜電磁耦合問題中的準(zhǔn)確性

5、和可行性。然后采用250個(gè)處理器核計(jì)算了已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的金河田兼容機(jī)機(jī)箱的耦合效應(yīng),最后還分析了帶集總參數(shù)元件微帶電路板電路的機(jī)箱的耦合效應(yīng)。
　　 對(duì)于大規(guī)模并行,若要通過近-近(遠(yuǎn))變換求得多個(gè)點(diǎn)的場強(qiáng)時(shí),計(jì)算量較大,可采用時(shí)域-空域抽樣減小計(jì)算量。本文提出了一種改進(jìn)的近-近(遠(yuǎn))場變換,其以Kirchhoff積分近-近(遠(yuǎn))變換為基本原理,采用抽樣方法實(shí)現(xiàn)快速的近-近(遠(yuǎn))場變換。改進(jìn)近-近(遠(yuǎn))場變換算法的并行化的是在J