学术交流|电子科技大学胡俊、江明课题组在超材料电磁建模算法方面取得新进展

电子科技大学电磁辐射与散射团队胡俊教授、江明副研究员提出了针对大规模复杂超材料电磁特性的高效精确建模方法。研究成果以“Efficient and Accurate Simulations of Metamaterials Based on Domain Decomposition and Unit Feature Database”为题发表在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上（DOI：10.1109/TAP.2024.3436679），电子科技大学为独立完成单位，胡俊教授为通信作者，江明副研究员为第一作者。合作者还包括硕士研究生冉维健、博士后杨雄、东南大学崔铁军院士、程强教授、武军伟副研究员、吴瑞元副研究员，鹏城实验室李银副研究员等。

随着超材料应用的日益增多，对这些材料进行高效和准确仿真的需求变得迫切。超材料通常是电大尺寸含有精细结构并包含多材料组分，这使得它们的全波建模仿真变得具有挑战性。为解决上述问题，本文提出了一种基于新型有限元-边界元区域分解算法和阵元特征数据库的策略，显著提高了传统全波方法在周期/准周期阵列问题的求解效率。文中通过对一个2-bit超表面算例的考察，发现随着阵列规模变大所提方法比传统有限元边界元区域分解法有显著优势，比如当阵列维度为50×50时，计算时间可以缩减60%，计算内存需求也减少80%。文中进一步通过实际超表面的测试结果和商业软件仿真结果对比，验证了所提方法的精确性和高效性，这项工作有望在超材料的仿真、设计和优化中发挥重要作用。

仿真案例一：

图1  1-bit编码超表面阵列仿真

基于本文的研究方案，对大规模阵列电磁建模问题不需要一体化几何建模和网格化前处理，而只针对不同类型的阵列单元进行几何建模和网格处理；并且对阵列规模维度具有可拓展性，即对不同类型、规模的布阵进行灵活处理，不需要对不同维度或布阵方式的阵列进行重复几何建模。大幅提升了计算效率，对推进电大尺寸复杂非均匀阵列的电磁建模仿真具有重要意义，此方案之前也荣获2024年华为火花奖。

仿真案例二：

图2 毫米波封装天线阵列仿真

供稿 | 江明
编辑 | 邢天宇
校稿 | 陈涌频
审核 | 古月

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