機箱電磁耦合問題的大規(guī)模并行FDTD實現(xiàn).pdf

1、時域有限差分法(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)已被廣泛應用于各種復雜的電磁仿真分析。本文主要致力于適于大規(guī)模并行FDTD及其實用中的關鍵技術研究,并以機箱的電磁耦合為背景展開。研究的主要內容包括:JASMIN框架下的大規(guī)模并行FDTD實現(xiàn)研究；適于大規(guī)模并行時域有限差分法的網格剖分算法研究；基于大規(guī)模并行FDTD的復雜電磁耦合問題研究；基于空域.時域抽樣的基爾霍夫近-近(遠)場轉換算法及其并行化研究

2、。
　　 JASMIN框架是由北京應用物理與計算數(shù)學研究所研制的并行框架,全稱為并行自適應網格應用支撐軟件框架(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基本計算程序,包括FDTD迭代、CPML吸收邊界、點源激勵以及自動負載平衡和重啟動等等,并以自由空間電偶極子輻射問題為例完成了程序計算

3、精度和有效性的驗證。
　　 采用FDTD仿真電磁問題,首先需要對目標進行網格化離散建模。在大規(guī)模并行FDTD計算中,高效的網格生成算法更為必要。為了適應大規(guī)模并行FDTD電磁建模網格剖分需求,本文討論了一種基于三角面元CAD(Computer-aideddesign)數(shù)據(jù)文件的FDTD網格自動剖分方法,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確、快速的自動網格生成技術,有效的解決了大規(guī)模并行FDTD的網格化

4、離散建模問題。此外,為了能完善網格剖分算法,也為了使得仿真模塊更具實用性,本文還介紹基于QT與OpenGL的可視化界面開發(fā)技術,在此基礎上實現(xiàn)了跨平臺的FDTD前處理軟件界面,該平臺能夠對STL格式CAD文件的顯示和修改,同時能夠編輯一些簡單的實體圖形并導出STL文件。
　　 以上述兩條為基礎研究了復雜機箱的電磁耦合問題,通過大量電磁耦合的算例計算,并將結果與商業(yè)軟件對比,驗證了并行FDTD在研究大規(guī)模復雜電磁耦合問題中的準確性

5、和可行性。然后采用250個處理器核計算了已經應用于實際的金河田兼容機機箱的耦合效應,最后還分析了帶集總參數(shù)元件微帶電路板電路的機箱的耦合效應。
　　 對于大規(guī)模并行,若要通過近-近(遠)變換求得多個點的場強時,計算量較大,可采用時域-空域抽樣減小計算量。本文提出了一種改進的近-近(遠)場變換,其以Kirchhoff積分近-近(遠)變換為基本原理,采用抽樣方法實現(xiàn)快速的近-近(遠)場變換。改進近-近(遠)場變換算法的并行化的是在J