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各种仿真软件中计算电磁学的算法都有哪些?

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各种仿真软件中计算电磁学的算法都有哪些?我想系统了解一下,有谁知道不?

原创:卧龙会 Enuxlee

目前市面上商用的仿真工具中最常用的基础算法为MoM/FDTD/FDFD/FEM。那么到底选择哪一款算法的仿真工具是适合自己的?请随Enuxlee一起来了解下这些算法。

CEM(Computational Electromagnetics),这是一种利用数值法解麦克斯韦方程的学科。原创今日头条:卧龙会IT技术

相比较传统的物理分析方法,CEM的优势在哪里?例如非规则形状的传输线阻抗计算:传统的解析方法,只能用规则的尺寸参数评估均匀规则的传输线,而CEM则不受此限制。

微分法仅计算局部限定范围的点,只计算临近区域内的矩阵,受边界条件限制,是稀疏型矩阵;这类算法的网格采用结构化体划分网格,主要用于真实空间分析,属于全计算型算法,相对更容易收敛;原创今日头条:卧龙会IT技术

在求解时,物体都划分成了很多微小的网格,然后再用不同的算法进行求解。由此我们也可以知道,划分的目的是为了得到一个可靠的结果。这就引出一个概念:收敛性(Convergence)。

对于一个要分析的电磁问题,收敛性条件的设置意味着网格划分后麦克斯韦方程是否有确定的解,也意味着此时的求解精度。简单来讲:这就等同于一个“分辨率”,越高的精度就需要越高的“分辨率”。

然而,实际上由于计算机的硬件计算力和存储能力,以及实际工程的精度需求,这个“分辨率”不需要无限的提升,此时收敛性的规格就取决于实际的场景应用了。

例如:常规的PCB做分析时,收敛条件只需将Delta S设置成0.02以下即可,而一些天线则需要将Delta S设置成0.01以下,而若要做一些考虑高精度TDR分析,Delta S则需要设置成0.001以下。因此我们要明白:完成了收敛不代表精度就满足了实际场景的需要。

通过收敛性条件将无限个网格描述成有限个网格的微分算法,在多数高精度3D任意结构的全波分析电磁工具里都有用到:FDTD/FDFD/FEM/MOL/ RCWA;

不同算法都有其擅长的领域。作为仿真软件的应用型工程师,也许不用深入理解计算电磁学,但至少应该略微了解下各算法的优势,按照自己工作的需要选择对应的工具完成高效的仿真评估。例如:

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