搜索電磁場(chǎng)仿真中，F(xiàn)DTD和FEM算法各有什么優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)？
2016-11-22 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
作為某國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算電磁學(xué)方向的畢業(yè)生,一定要好好的答這道題。先要敬仰前輩。
計(jì)算電磁學(xué)從大的方向可以分為兩大類:全波仿真算法,高頻算法。
全波仿真是一種精確算法,但是非常消耗計(jì)算資源。一種簡(jiǎn)單的估算方法是:通常我們對(duì)物體要進(jìn)行剖分,剖分至少要達(dá)到0.1個(gè)波長(zhǎng)。那么也就是說,如果這個(gè)物體的電尺寸為10個(gè)波長(zhǎng),則有100*100*100=一百萬個(gè)網(wǎng)格。每一個(gè)網(wǎng)格你還要存儲(chǔ)大量的電磁參數(shù),一般都是單精度浮點(diǎn)型。所以很容易就需要上百兆的內(nèi)存。如果電尺寸有20個(gè)波長(zhǎng),那就需要上G的內(nèi)存。如果物體的幾何特征比較不正常,有很多的細(xì)微結(jié)構(gòu),則需要更密集的剖分,這樣很容易就超過了普通計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。例如,1GHZ的波長(zhǎng)是0.3米,GSM的頻率大概位置,這樣也就能對(duì)一兩米的物體進(jìn)行仿真。如果是3G通信,頻率大概是2GHz,我們也就只能計(jì)算不超過一米的物體,而且不能有奇形怪狀的結(jié)構(gòu)。
高頻算法就是為了解決這一問題而生的。對(duì)于軍用系統(tǒng),我們需要對(duì)飛機(jī),艦船的電磁性能進(jìn)行分析,按照前面的討論,全波仿真顯然不行。這樣高頻算法采用了很多近似,例如物理光學(xué),幾何射線法等等,進(jìn)行近似計(jì)算。在這個(gè)領(lǐng)域,目前還沒有開放的商用軟件。
FDTD(時(shí)域有限差分)FEM(有限元)MOM(矩量法)FIT(有限體積分)都是屬于全波仿真算法。其中,FDTD,FIT屬于時(shí)域算法,代表軟件CST,FEM,MOM屬于頻域算法,代表軟件HFSS,Feko。 時(shí)域算法適合寬帶信號(hào)分析,以為只要仿真一個(gè)脈沖輸入,就可以得到很寬的帶寬信息。而頻域算法一次只能計(jì)算一個(gè)頻點(diǎn),適合窄帶信號(hào)。
FEM與FDTD相比,主要是剖分精確。因?yàn)镕EM是三角網(wǎng)格,而FDTD是四邊形 。
以上兩圖很明顯的說明了不同網(wǎng)格對(duì)物體的近似程度。第一個(gè)是FDTD,第二個(gè)是FEM。哪個(gè)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,不用我講了吧。
現(xiàn)在說說FDTD和FIT有啥區(qū)別。
FDT2000D直接對(duì)微分方程離散,大家都知道,對(duì)于每一個(gè)網(wǎng)格,我們認(rèn)為是均勻的。
FIT是對(duì)積分方程離散,他是沿著積分曲線,取了好多電磁參數(shù),適合處理分非均勻的介質(zhì),和交界面,相比FDTD更加精確,這也是CST的計(jì)算方法。
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