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計算電磁學基礎知識及數值方法匯總

2013-12-31 來源:微波射頻網 字號:
積分方程類方法主要包括各類基于邊界積分方程(Boundary Integral Equation)與體積分方程(Volume Integral Equation)的方法。與微分類方法不同,其未知元通常定義在源區,比如對于完全導電體(金屬)未知元僅存在于表面,顯然比微分方程類方法少很多;而格林函數(Green’s Function)的引入,使得電磁場在無限遠處的輻射條件己解析地包含在方程之中。場的傳播過程可由格林函數精確地描述,因而不存在色散誤差的積累效應。

(3)計算電磁學常用方法匯總

(4) 幾種主要方法之間的比較

這里對計算電磁學中幾種主要的數值方法進行簡單的比較,即時域有限差分法(FDTD)、有限元(FEM)、矩量法(MoM)、多極子法(MMP)、幾何光學繞射法(GTD)、物理光學繞射法(PTD)和傳輸線法(TLM)。

性能 MoM GTD/PTD MMP FDTD FEM TLM
使用求解的問題 天線建模、線建模和表面結構、導線結構的問題 大電尺寸結構的范圍的應用 直接計算,不需要中間步驟 可以直接求解麥克斯韋方程 電的和物體幾何尺寸的特性可分開定義和處理 所有的場分量可以在同一點進行計算
數值建模特點 可以對任意結構形狀的物體上的電流結構建模 在高頻散射問題中非常有效,例如雷達散射截面問題   不需要存儲空間形狀參數 可以克服FDTD中必需的階梯建模空間問題 可用于非均勻煤質建模和分析
適于計算電磁場的區域 輻射條件允許求解在輻射物體外的任何地點的E和H場 滿足遠區平面波近似的空間,節省計算機資源   很容易對非均勻煤質的場問題建模 適于分析復雜結構,對內部EM問題建模有效 適于分析復雜結構,對表面域建模很有效
適于研究的問題 計算天線參數、輸入阻抗、增益、雷達問題     對內部復雜煤質問題可以有效地建模 可以對非均勻煤質問題建模 比FDTD有較小的數值色散誤差
數值建模中存在的問題 對內部區域建模問題困難大 幾乎不提供有關天線參數的信息 場強以外的其它參數必須進行計算 對無邊界問題需要吸收邊界條件處理 對無邊界問題需要對邊界進行建模 比FDTD使用更多的計算資源
計算機實現遇到的問題 在非均勻煤質中會遇到困難,要用大量的內部資源,所以,通常只用于低頻問題 只在高頻有效,不能提供任何電流分布的情況 計算密集型,占用的計算量和內存都很大,使用者必須熟悉多極子理論 計算密集型,有數值色散誤差,內存量大 計算密集型,處理開放區域內的封閉面上的未知場點問題難 帶寬受色散誤差限制,不能解圍繞散射體和需要大空間的問題
計算場強以外的其它物理量的能力   只能計算遠區場   計算場傳播和電流分布等參數很難   同FDTD

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