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[仿真讨论] 关于你使用的仿真软件算法,你知道多少?

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发表于 2016-7-11 16:39 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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x
本帖最后由 alexwang 于 2018-7-2 15:25 编辑   G+ Z: |$ r$ M! m

" f  A" X9 Z, T) k6 C+ }; P
关于你使用的仿真软件算法,你知道多少?

* S7 v) ]+ h. X$ z; T: s1 g4 k. o& c) w+ g

作为某国家重点实验室的计算电磁学方向的毕业生,一定要好好的答这道题。先要敬仰前辈。& {. L7 v8 Z9 _


. ]" J1 v$ L7 K2 H; C8 V


: K9 g3 L2 f5 z* g7 x

计算电磁学从大的方向可以分为两大类:全波仿真算法,高频算法。

全波仿真是一种精确算法,但是非常消耗计算资源。一种简单的估算方法是:通常我们对物体要进行剖分,剖分至少要达到0.1个波长。那么也就是说,如果这个物体的电尺寸为10个波长,则有100*100*100=一百万个网格。每一个网格你还要存储大量的电磁参数,一般都是单精度浮点型。所以很容易就需要上百兆的内存。如果电尺寸有20个波长,那就需要上G的内存。如果物体的几何特征比较不正常,有很多的细微结构,则需要更密集的剖分,这样很容易就超过了普通计算机的计算能力。例如,1GHZ的波长是0.3米,GSM的频率大概位置,这样也就能对一两米的物体进行仿真。如果是3G通信,频率大概是2GHz,我们也就只能计算不超过一米的物体,而且不能有奇形怪状的结构。

高频算法就是为了解决这一问题而生的。对于军用系统,我们需要对飞机,舰船的电磁性能进行分析,按照前面的讨论,全波仿真显然不行。这样高频算法采用了很多近似,例如物理光学,几何射线法等等,进行近似计算。在这个领域,目前还没有开放的商用软件。

FDTD(时域有限差分)FEM(有限元)MOM(矩量法)FIT(有限体积分)都是属于全波仿真算法。其中,FDTD,FIT属于时域算法,代表软件CST,FEM,MOM属于频域算法,代表软件HFSS,Feko。 时域算法适合宽带信号分析,以为只要仿真一个脉冲输入,就可以得到很宽的带宽信息。而频域算法一次只能计算一个频点,适合窄带信号。

FEM与FDTD相比,主要是剖分精确。因为FEM是三角网格,而FDTD是四边形 。


' ?* m# X3 }# _" }: m
) j+ v2 b7 }+ T
: S' X7 W+ {! }7 u/ u1 f7 P


3 b! K5 Q2 L& m# k

以上两图很明显的说明了不同网格对物体的近似程度。第一个是FDTD,第二个是FEM。哪个计算结果准确,不用我讲了吧。


; B" ~7 c: g: q; [
2 w1 F8 a: N3 q4 ]

2 Q: W+ c9 \4 g+ U' v

现在说说FDTD和FIT有啥区别。 / R9 c! c* l0 }7 Q
FDT2000D直接对微分方程离散,大家都知道,对于每一个网格,我们认为是均匀的。 " D( k, g2 I; L1 y

9 {9 K' F1 ^! }/ Q$ _9 |


3 I8 F2 d3 b$ V# E4 R, [( r* V* |5 z. W; F& ?+ q. ?! x1 m4 B

+ S. H& y) _/ B6 C& k

FIT是对积分方程离散,他是沿着积分曲线,取了好多电磁参数,适合处理分非均匀的介质,和交界面,相比FDTD更加精确,这也是CST的计算方法。
* d8 }, ?$ w; L+ E  t8 P+ ^6 l% b

8 @4 K$ M# {( o+ j

- r# @& j3 P: t6 |6 T/ K
& Z$ w3 s8 N: i: f* {

& Z, v% m& v. z( f9 ~2 g
% x; M4 A0 x% X2 O$ Y
* |9 k$ p4 m! o" t, t' _
6 H) U; x! ]# M; B) L& `
2 w  \# x8 Z2 s. n9 {

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发表于 2016-8-29 13:19 | 只看该作者
请教一下:FDTD和FEM看上去只是网格划分方式不一样(一个是六面体。一个是四面体),那为什么FEM不能用于时域仿真?你说的“FIT是对积分方程离散”是什么意思,不怎么懂?谢谢!

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发表于 2016-9-18 17:51 | 只看该作者
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发表于 2016-12-23 23:30 来自手机 | 只看该作者
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