1.基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,包括:根据接收天线的电磁场、应力场和声场建立多物理场耦合的微分方程组,将所述微分方程组转化为基于时域有限差分法的求解方程组;建立所述接收天线的几何结构模型,在所述几何结构模型中设置仿真所需的模型参数,所述模型参数至少包括所述接收天线的几何参数、材料参数、网格参数和磁感应激励源的激励频率,所述网格参数与所述接收天线所使用材料的内部体声波相关;根据所述模型参数迭代计算所述求解方程组直至预设仿真时长,得到基于声波激励的所述接收天线的仿真结果;根据所述仿真结果计算得到所述接收天线的仿真谐振频率,在所述几何结构模型中调整所述几何参数和所述材料参数使所述仿真谐振频率等于所述激励频率,将所述几何参数作为最优几何参数、所述材料参数作为最优材料参数。
2.根据权利要求1所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,所述几何结构模型包括:压电层、设置在所述压电层上方和/或下方的磁致伸缩层;其中,在所述压电层的上端设置有正电极,在所述压电层的下端设置有负电极,所述正电极、所述负电极均与示波器连接以实现电压测量。
3.根据权利要求2所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,所述微分方程组为:其中,E为电场向量,H为磁场向量,D为电通密度向量,B为磁通密度向量,r为应力,P表示压电层材料,M表示磁致伸缩层材料,T M 为磁致伸缩层材料的应力,e D 为压电层的应力常数,e B 为磁致伸缩层的应力常数,c D 为压电层的力学刚度常数,c B 为磁致伸缩层的力学刚度常数,ε S 为压电层的无应变介电系数,μ S 为磁致伸缩层的无应变磁导率,σ为压电层材料的电导率,v为速度向量,v P 为压电层材料中的速度向量,v M 为磁致伸缩层材料中的速度向量,z表示直角坐标系中的z方向,E Z 为压电层材料中的电场z方向分量,H X 为磁致伸缩层材料中的磁场x方向分量, 表示偏微分求导,t为时间。
4.根据权利要求3所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,所述基于时域有限差分法的求解方程组为:其中,Δt为时间步长,Δz为空间步长;n、i分别为场量在时间、空间维度的索引; 表示在空间维度索引为i、时间维度索引为n+1/2的磁致伸缩层材料中的磁场x方向分量; 表示在空间维度索引为i+1/2,、时间维度索引为n的磁致伸缩层材料中的速度向量;B n +1/2 表示空间维度索引为n+1/2的磁通密度向量; 表示在空间维度索引为i、时间维度索引为n+1/2的磁致伸缩层材料中的应力向量; 表示在空间维度索引为i、时间维度索引为n+1/2的压电材料中的磁场z方向分量; 表示在空间维度索引为i+1/2、时间维度索引为n的压电层材料中的速度向量; 表示在空间维度索引为i、时间维度索引为n+1/2的压电材料中的应力向量; 表示在空间维度索引为i、时间维度索引为n+1/2的材料中的应力向量, 表示在空间维度索引为i-1、时间维度索引为n-1/2的材料中的应力向量。
5.根据权利要求2或4所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,还包括:根据所述仿真结果计算得到所述接收天线的接收效率,所述接收效率为:其中,P rec 为接收天线接收到的信号功率,即向负载或射频前端输出的功率,P in 为输入天线的信号功率,Z 0 为波阻抗,μ 0 为真空磁导率,B m 为磁感应激励源的幅度,σ为压电层材料的电导率,h为压电层或磁致伸缩层的厚度,U z,m 为计算压电层之间的电势所设定的距离等于h时的电压。
6.根据权利要求2所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,根据所述模型参数迭代计算所述求解方程组直至预设仿真时长之前还包括:初始化场量,将所述磁致伸缩层的磁场、所述压电层的电场、全场应力场以及全场速度场向量初始化为零向量;设置边界条件,将所述磁致伸缩层与空气边界几何网格中Z方向上第一边界节点与第二边界节点的应力场设置为零,所述第一边界节点在Z方向上的分量为0,所述第二边界节点在Z方向上的分量为天线的总厚度。
7.根据权利要求1所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,根据所述模型参数迭代计算所述求解方程组直至预设仿真时长之前还包括:设置仿真计算的空间节点,根据预设稳定性条件和所述材料参数设置仿真的空间步长和时间步长;其中,所述预设稳定性条件与所述仿真谐振频率下所述接收天线所使用材料的内部体声波相关。
8.根据权利要求7所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,所述空间步长为:其中,Δz为Z方向的空间步长,λ ac,min 为仿真谐振频率下材料体声波的最小波长。
9.根据权利要求7所述的基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真方法,其特征在于,所述时间步长为:其中,Δt为时间步长,v ac,max 为仿真谐振频率下材料体声波的最大声速。
10.基于时域有限差分法的芯片型接收天线仿真装置,其特征在于,包括:方程组构建模块,用于根据接收天线的电磁场、应力场和声场建立多物理场耦合的微分方程组,将所述微分方程组转化为基于时域有限差分法的求解方程组;模型参数设置模块,用于建立所述接收天线的几何结构模型,在所述几何结构模型中设置仿真所需的模型参数,所述模型参数至少包括所述接收天线的几何参数、材料参数、网格参数和磁感应激励源的激励频率,所述网格参数与所述接收天线所使用材料的内部体声波相关;仿真结果获取模块,用于根据所述模型参数迭代计算所述求解方程组直至预设仿真时长,得到基于声波激励的所述接收天线的仿真结果;最优参数确定模块,用于根据所述仿真结果计算得到所述接收天线的仿真谐振频率,在所述几何结构模型中调整所述几何参数和所述材料参数使所述仿真谐振频率等于所述激励频率,将所述几何参数作为最优几何参数、所述材料参数作为最优材料参数。