基于矩量法求解电磁问题的快速方法研究

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矩量法作为一种成熟严格的计算电磁问题的数值方法,由R.F.Harrington引入到电磁计算领域,其计算结果精度较高,因而被广泛采用。但当使用矩量法计算电大尺寸及复杂目标时,所要填充的矩阵维度就较大,这会大大增加矩阵填充和线性方程组求解的计算量和存储量。  通常为了加速矩量法的计算可以通过两种思路。其一,使用更好的计算平台,如使用更快的计算单元,或者使用并行运算单元,如使用MPI技术;第二,通过对算法本身的改进。本文针对以上两点出发,做了两方面的研究。  近年随着GPU性能的不断提升,很多领域研究人员将目光投向了这款多线程、高度并行的处理器。使用GPU做电磁计算也成为近年来的研究热点。在矩量法求解电磁散射问题时,阻抗矩阵中的每个元素的填充计算过程是相同的,这就满足GPU高度并行化计算的特点。本文使用CUDA构架的GPU作为计算平台,实现基于矩量法三维理想导体散射问题计算中矩阵元素计算并行填充,使用CUBLAS线性代数库对矩阵方程组的并行迭代计算。  光学纳米天线在纳米光学领域具有广泛应用。近年纳米光天线电磁仿真成为电磁计算的研究热点。但在很多纳米光学天线如碳纳米管(CNT)具有截面宽度远小于纵向长度的特点,这在使用常规电磁计算法会出现纵向离散单元过多使计算不准确耗时长以及内存占有大等困难。本文选取改进半正弦函数作为基函数,使用整段和半分段正弦曲线对天线建模,计算离散点格林函数的封闭解,只需少数离散点快速得到矩量法的矩阵方程,通过和仿真结果对比验证方法的正确性,并且具有明显的速度优势。
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