电磁仿真需要牢记的“内功心法”

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[size=1em]不关注我你都不知道自己错过了什么！
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在射频、微波设计中，各种“强大”的商用电磁仿真软件的功能包罗万象，这篇“内功心法”从算法角度出发，提示大家如何谨慎选择仿真软件。


心法一：场”与“路”的区分
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- _, V# ]/ T& I% G2 c: C6 I( i世上本无“路”，“场”近似得多了就变成了“路”！理论上，所有电工问题都可以由场论解决，但忽略了“场”在“路”尺寸上传播造成的相位差后，于是“路”把电磁参数固化到器件特性中成为集总参数，就可使用比麦大神（麦氏方程）简单无数倍的方法对电特性进行求解。当然，这一切的近似，归功于模型尺寸远小于电磁波的波长。
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一句话总结：元件尺寸远小于电磁波的波长（电小尺寸），使用“路”（集总参数/准静态）的仿真软件。

心法二：全波仿真算法的选择
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/ |5 A! }- _9 F7 p) X! p8 O在无法满足电小尺寸时，难以使用集总参数解决问题，就必须使用场论！然而，用麦大神的方法怎样都不如基大神（基尔霍夫）的解法来得舒服，各路小神们看不下眼，基于麦大神的理论，用数值算法代替数学解析式，从而用电脑把人脑解放出来，解决民间疾苦。于是，就有了我们现在熟得不能再熟的矩量法（MoM）、时域有限差分（FDTD）法、有限元法（FEM）、传输线矩阵法（TLM）和部分元等效电路（PEEC）等全波算法。现有的全波仿真商业软件没有跑出这些算法的圈子，因此了解了这些算法的特性，也就知道如何选用恰当的商业仿真软件：
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• MoM将导体分成电小尺寸单元，通过计算所有导体单元上的电流（常数），得到所有导体电流单元总体产生的电磁场；
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• FDTD将仿真对象对应的空间区域分割成电小尺寸的体积元，假设各体积元内的场为常数。通常使用脉冲作为激励函数，模型可得到宽带响应；
  
• FEM将空气和其他所有材质分割成电小尺寸单元，假设每个单元内部的场为常数，使用变分技术求解麦克斯韦方程组；
  
• TLM将建模对象区域划分成多个电小尺寸单元，每个单元对应一个三维传输线节点，每个节点上的传输/反射可以由节点阻抗得出；
  
• PEEC将所有变化单元间场的关系替换为电路的关系，单元之间通过局部的互电感和互电容相连，总体电路进行仿真，然后将求解的电流和电压参数转化为场。
  

一张表总结

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现在强大的全波软件仿真工具层出不穷，但如果使用不当，实际效果与仿真预测可能会相差十万八千里哦！以上内功心法虽然是电磁仿真的基础之基础，但也提醒各路神通在秀仿真神技时能够hold住，不要犯下低级错误。
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