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首先說FDTD算的快但是不準確,可以用來算電大尺寸的物體,要是一個物體的尺寸大於10個波長,一般服務站是跑不動FEM的。那必須待用FDTD,FEM最經典的電磁性模擬軟體就是HFSS,一般都用來算電小尺寸物體的。貼片天線,各種各樣小天線肯定是要用FEM算,CST配置的FIT演算法。有時域與頻域二種演算法,速度和硬體消耗FDTD和FEM之間,準確比較高的是FDTD好,比FEM差。可以算電大尺寸物體。
FDTD:全稱時域有限差分,結構很簡單,就是微分形式的麥克斯韋方程組,網格劃分也很簡單,就物體劃分正方形網格。從一個原頭往前深度我們一般都是拿FDTD計算電大尺寸物體RCS,基本FDTD商業電磁模擬軟體,推薦EMPIPE。
FEM:有限元法,具體的沒有程式設計程式,只用HFSS放天線,這種演算法唯一的感覺就是算太慢了點,一般大於三四個頻率的物體。一般的伺服器跑不動,所以,做小天線FEM特別合適。電大尺寸物體就很難說了
FDTD算的快但是不精確,可以用來算電大尺寸的物體,要是一個物體的尺寸大於10個波長,一般的服務站是跑不動FEM的,那必須得用FDTD 了。FEM最經典的電磁模擬軟體就是海飛絲(HFSS),一般都是拿來算電小尺寸物體的,貼片天線、各種小天線肯定是要用FEM算的。CST內建的FIT 演算法(有限積分法),有時域和頻域兩種演算法,速度和硬體消耗處於FDTD和FEM之間,精確度也是比FDTD好,比FEM差,可以算電大尺寸物體。
計算電磁學從大的方向可以分為兩大類:全波模擬演算法,高頻演算法。 全波模擬是一種精確演算法,但是非常消耗計算資源。一種簡單的估算方法是:通常我們對物體要進行剖分,剖分至少要達到0.1個波長。那麼也就是說,如果這個物體的電尺寸為10個波長,則有100*100*100=一百萬個網格。每一個網格你還要儲存大量的電磁引數,一般都是單精度浮點型。所以很容易就需要上百兆的記憶體。如果電尺寸有20個波長,那就需要上G的記憶體。如果物體的幾何特徵比較不正常,有很多的細微結構,則需要更密集的剖分,這樣很容易就超過了普通計算機的計算能力。
例如,1GHZ的波長是0.3米,GSM的頻率大概位置,這樣也就能對一兩米的物體進行模擬。如果是3G通訊,頻率大概是2GHz,我們也就只能計算不超過一米的物體,而且不能有奇形怪狀的結構。 高頻演算法就是為了解決這一問題而生的。對於軍用系統,我們需要對飛機,艦船的電磁效能進行分析,按照前面的討論,全波模擬顯然不行。這樣高頻演算法採用了很多近似,例如物理光學,幾何射線法等等,進行近似計算。在這個領域,目前還沒有開放的商用軟體。FDTD(時域有限差分)FEM(有限元)MOM(矩量法)FIT(有限體積分)都是屬於全波模擬演算法。其中,FDTD,FIT屬於時域演算法,代表軟體CST,FEM,MOM屬於頻域演算法,代表軟體HFSS,Feko。 時域演算法適合寬頻訊號分析,以為只要模擬一個脈衝輸入,就可以得到很寬的頻寬資訊。而頻域演算法一次只能計算一個頻點,適合窄帶訊號。 FEM與FDTD相比,主要是剖分精確。因為FEM是三角網格,而FDTD是四邊形 。以上兩圖很明顯的說明了不同網格對物體的近似程度。第一個是FDTD,第二個是FEM。哪個計算結果準確,不用我講了吧。 現在說說FDTD和FIT有啥區別。 FDT2000D直接對微分方程離散,大家都知道,對於每一個網格,我們認為是均勻的。 FIT是對積分方程離散,他是沿著積分曲線,取了好多電磁引數,適合處理分非均勻的介質,和交介面,相比FDTD更加精確,這也是CST的計算方法。