一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法

摘要

本发明公开了一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，包括以下步骤：建立航空连接器连接位置层的二维模型，再将二维模型按照平面三角形单元方式剖分离散化；对各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号；对得到的材料号按照外导体、内芯、内导体和其他进行分组，得到分组表；其中所述内芯组需要填充介质材料；对所有生成的外导体组、内芯组、内导体组构成平面三角形网格，每个网格延网格正法向生长即延展L米。本发明通过平面二维几何结构的剖分，生长为体网格，并通过网格的分类复制移动，提高了适用于矩量法和多层快速多极子方法求解多芯传输线结构的体网格和面网格的电磁结构模型生成。

权利要求

1.一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

建立航空连接器连接位置层的二维模型，再将二维模型按照平面三角形单元方式剖分离散化；

对各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号；

对得到的材料号按照外导体、内芯、内导体和其他进行分组，得到分组表；其中所述内芯组需要填充介质材料；

对所有生成的外导体组、内芯组、内导体组构成平面三角形网格，每个网格沿网格正法向生长即延展L米；

将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格；

分别提取延展内导体组和延展外导体组所得体网格的外包裹面网格，得到内导体包裹面网格和外导体包裹面网格；

按照所述分组表，将内芯组材料号对应的网格沿法向移动至对应的L米处，即用封口面网格堵住航空连接器的封口；

将生成的体网格保存至体网格文件，将生成的内导体包裹面网格和外导体包裹面网格、和生成的封口面网格保存至面网格文件，生成的多芯航空连接器的电磁模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述网格的生长方式为三棱柱体网格。

3.根据权利要求2所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格包括：将三棱柱体网格转换为四面体网格。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述每个网格沿网格正法向生长即延展L米，包括：共延展n次，每次延展距离为L/n米。

5.根据权利要求1所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：对多芯航空连接器的电磁模型设置激励源生成端口。

6.根据权利要求5所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：将各自层高处的网格设置为PEC边界，将生长得到的体网格的材料设置为介质板材料。

7.根据权利要求6所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：利用计算矩阵[A]nbase×nbase填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵[A]n×n，其中nbase为模型中所有基函数未知量总数。

8.根据权利要求7所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：利用激励项[rhs]nbase填充得到矩量法计算所需要的右侧向量。

9.根据权利要求8所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：利用矩阵计算求解Ax＝rhs得到x，x即为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。

10.根据权利要求9所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，其特征在于：所述方法还包括：借助于所述x计算得到近远场分布。

说明书

一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计算电磁学领域，特别涉及一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法。

背景技术

[0002] 航空插头是连接器的一种，源于军工行业，故得名，简称航插。航空插头是连接电气线路的机电元件，因此其自身的电气参数是选择航空插头首先要考虑的问题。正确的选
择和使用航空插头是保证电路可靠性的一个重要方面。因此在设计航空连接器的时候，进
行正确快速的建模是很重要的。

[0003] 然而现有技术存在以下问题：(1)面临整个三维模型的建立与体网格剖分；(2)常规的三维建模导致的剖分容易导致网格数量非常巨大；(3)常规三维建模生成的网格导致
计算效率偏低。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 本发明的第一方面，提供一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，包括以下步骤：

[0007] 建立航空连接器连接位置层的二维模型，再将二维模型按照平面三角形单元方式剖分离散化；

[0008] 对各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号；

[0009] 对得到的材料号按照外导体、内芯、内导体和其他进行分组，得到分组表；其中所述内芯组需要填充介质材料；

[0010] 对所有生成的外导体组、内芯组、内导体组构成平面三角形网格，每个网格延网格正法向生长即延展L米；

[0011] 将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格；

[0012] 分别提取延展内导体组和延展外导体组所得体网格的外包裹面网格，得到内导体包裹面网格和外导体包裹面网格；

[0013] 按照所述分组表，将内芯组材料号对应的网格沿法向移动至对应的L米处，用即用封口面网格堵住航空连接器的封口；

[0014] 将生成的体网格保存至体网格文件，将生成的内导体包裹面网格和外导体包裹面网格、和生成的封口面网格保存至面网格文件，生成的多芯航空连接器的电磁模型。

[0015] 进一步地，所述网格的生长方式为三棱柱体网格。

[0016] 进一步地，所述将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格包括：将三棱柱体网格转换为四面体网格。

[0017] 进一步地，所述每个网格沿网格正法向生长即延展L米，包括：共延展n次，每次延展距离为L/n米。

[0018] 进一步地，所述方法还包括：

[0019] 对多芯航空连接器的电磁模型设置激励源生成端口。

[0020] 进一步地，所述方法还包括：

[0021] 将各自层高处的网格设置为PEC边界，将生长得到的体网格的材料设置为介质板材料。

[0022] 进一步地，所述方法还包括：

[0023] 利用计算矩阵[A]nbase×nbase填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵[A]n×n，其中nbase为模型中所有基函数未知量总数。

[0024] 进一步地，所述方法还包括：

[0025] 利用激励项[rhs]nbase填充得到矩量法计算所需要的右侧向量。

[0026] 进一步地，所述方法还包括：

[0027] 利用矩阵计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。

[0028] 进一步地，所述方法还包括：

[0029] 借助于所述x计算得到近远场分布。

[0030] 本发明的有益效果是：

[0031] 在本发明的一示例性实施例中，通过平面二维几何结构的剖分，生长为体网格，并通过网格的分类复制移动，提高了适用于矩量法和多层快速多极子方法求解多芯传输线结
构的体网格和面网格的电磁结构模型的生成效率。

附图说明

[0032] 图1为本发明一示例性实施例公开的方法流程图；

[0033] 图2为本发明一示例性实施例公开的四芯航空连接器与屏蔽线结构示意图；

[0034] 图3为本发明一示例性实施例公开的航空连接器连接位置层的二维模型与剖分离散化示意图；

[0035] 图4为本发明一示例性实施例公开的二维区域的网格材料标号示意图；

[0036] 图5为本发明一示例性实施例公开的延展效果示意图；

[0037] 图6为本发明一示例性实施例公开的网格生长方式为三棱柱体网格的示意图；

[0038] 图7为本发明一示例性实施例公开的多次延展方式效果示意图；

[0039] 图8为本发明一示例性实施例公开的三棱柱网格转换成四面体网格的示意图；

[0040] 图9为本发明一示例性实施例公开的生成的多芯航空连接器的电磁模型示意图；

[0041] 图10为本发明一示例性实施例公开的航空连接器连接的某喇叭远场方向图。

[0042] 图11为本发明一示例性实施例公开的剖分离散具体实现方式示意图。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0044] 在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数
形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包
含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

[0045] 应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离
本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第
一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……
时”或“响应于确定”。

[0046] 参见图1，图1示出了本发明一示例性实施例提供的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速生成方法，在本示例性实施例中，以图2所示的四芯航空连接器与屏蔽
线为例，描述该方法的模型生成方案。

[0047] 所述包括以下步骤：

[0048] S01：如图3所示，建立航空连接器连接位置层的二维模型，再将二维模型按照平面三角形单元方式剖分离散化；

[0049] 剖分离散的作用是将二维几何结构转换为电磁数值计算可用的二维网格结构，而二维几何结构是不能直接用于进行电磁数值计算的；即剖分离散是将二维几何结构转换为
三角形单元列表形式的网格结构，如图11所示(左侧为二维几何结构，右侧为二维网格结
构)。剖分离散得到的三角形单元列表形式的网格结构是生长的输入，生长是基于三角形单
元列表得到的。

[0050] S02：如图4所示，对各个二维区域的网格材料进行标号得到材料号；

[0051] S03：对得到的材料号按照外导体、内芯、内导体和其他进行分组，得到分组表；其中所述内芯组需要填充介质材料。

[0052] 在该示例性实施例中，所述分组表如下所示：

[0053] 分组 材料号外导体组 6
内芯组 5
内导体组 1、2、3、4
其它 7

[0054] S04：对所有生成的外导体组、内芯组、内导体组构成平面三角形网格，每个网格沿网格正法向生长即延展L米，延展效果如图5所示。

[0055] 更优地，在其中一示例性实施例中，所述网格的生长方式为三棱柱体网格，如图6所示。

[0056] 更优地，在其中一示例性实施例中，所述每个网格沿网格正法向生长即延展L米，包括：共延展n次，每次延展距离为L/n米，本示例性实施例的多次延展方式如图7所示。

[0057] 其中，延展多次的作用是确保每次延展距离d<＝波长/10或波长/20甚至波长/40；以满足数值计算的精度，但是延展距离也不是越小越好，又受到了计算效率的限制(延展距
离越小，则延展次数越多，则生成的网格越多，导致计算内存和计算时间也越长，另外如果
距离小到一定程度，又会导致数值误差的发散)。

[0058] S05：将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格。

[0059] 更优地，在其中一示例性实施例中，所述将生成的体网格和面网格转换为矩量法求解器支持的体网格和面网格包括：将三棱柱体网格转换为四面体网格。三棱柱网格转换
成四面体网格所采用的方法示意图如图8所示。即，一个三棱柱网格(1,2,3,4，5，6)可以转
化成三个四面体网格(4，3，2，1)、(3，5，4，2)和(6，5，4，3)。

[0060] S06：分别提取延展内导体组和延展外导体组所得体网格的外包裹面网格，得到内导体包裹面网格和外导体包裹面网格。

[0061] S07：按照所述分组表，将内芯组材料号对应的网格沿法向移动至对应的L米处，用即用封口面网格堵住航空连接器的封口。

[0062] S08：将生成的体网格保存至体网格文件，将生成的内导体包裹面网格和外导体包裹面网格、和生成的封口面网格保存至面网格文件，生成的多芯航空连接器的电磁模型，如
图9所示。

[0063] 通过平面二维几何结构的剖分，生长为体网格，并通过网格的分类复制移动，提高了适用于矩量法和多层快速多极子方法求解多芯传输线结构的体网格和面网格的电磁结
构模型生成效率。

[0064] 更优地，在其中一示例性实施例中，所述方法还包括：

[0065] S09：对多芯航空连接器的电磁模型设置激励源生成端口。

[0066] 更优地，在其中一示例性实施例中，所述方法还包括：

[0067] S10：将各自层高处的网格设置为PEC边界，将生长得到的体网格的材料设置为介质板材料(包括相对介电常数和相对磁导率)。

[0068] 更优地，在一示例性实施例中，所述方法还包括模型计算与后处理，具体包括以下多个步骤：

[0069] S111：利用计算矩阵[A]nbase×nbase填充得到矩量法计算所需要的系统矩阵[A]n×n，其中nbase为模型中所有基函数未知量总数，amn为A的第m行第n列元素；填充公式如下：

[0070]

[0071] 其中，fm和fn为第m个和第n个基函数，G为三维格林函数； r为场点矢量；r′为源点矢量；εl表示介电常数；μl表示磁导率。

[0072] S112：利用激励项[rhs]nbase填充得到矩量法计算所需要的右侧向量：

[0073]

[0074] 式中， 为第m个基函数域内的场分布。

[0075] S113：利用矩阵计算求解Ax＝rhs得到x，为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。

[0076] S114：借助于所述x计算得到近远场分布。

[0077] 通过将封口处通过波端口激励并通过一系列后处理计算可以得到该航空连接器连接的某喇叭远场方向图如图10所示。

[0078] 基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于矩量法的多芯航
空连接器电磁模型的快速生成方法的步骤。

[0079] 基于上述任意方法示例性实施例，本发明的又一示例性实施例提供一种装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理
器运行所述计算机指令时执行所述的一种基于矩量法的多芯航空连接器电磁模型的快速
生成方法的步骤。

[0080] 基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质
中，包括若干指令用以使得装置执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前
述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)、随机存取存储器
(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0081] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。