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 |