计算电磁学中的场路协同仿真方法综述

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电磁场计算与仿真技术

电磁场计算与仿真技术随着工业科技的不断发展，各种领域对电磁场的需求越来越高。

从电动车到通信设备，从无线网络到医学成像，我们都需要对电磁场进行有效的计算和分析。

而这一过程需要依靠电磁场计算与仿真技术来实现。

本文将对这一技术进行探讨和分析。

一、电磁场计算技术电磁场计算技术是指利用计算机进行电磁场分析和计算，从而获得预测、分析、优化电磁场的能力。

电磁场计算技术可以帮助我们更好地了解电磁现象的发生机理，预测电磁场的分布规律，并且优化设计、改进电磁场的性能。

电磁场计算技术主要分为两种：电磁场有限元方法和电磁场有限差分方法。

电磁场有限元方法是一种基于数值计算的方法，它通过将电磁模型分割成许多离散的小单元，对离散单元进行计算，进而组合成整个系统的电磁场模拟。

简单的说，就是将复杂的电磁现象划分成小块逐一计算，最后再将结果组装起来，得到整个电磁场的模拟结果。

电磁场有限差分方法是一种基于微分方程数值求解的方法，主要是将求解域的物理量离散化，然后以空间网格上的有限差分方程来近似微分方程，最终得到对电磁场的计算模拟结果。

二、电磁场仿真技术电磁场仿真技术是指利用计算机模拟真实场景中的电磁场的过程。

它可以帮助我们了解电磁场的分布规律，并且预测各种电磁现象的发生。

例如，它可以帮助我们实现对天线辐射场的仿真，对电路中电磁波的传播进行仿真，对电磁散射和电磁辐射进行定量分析等。

电磁场仿真技术主要有三种：时域仿真、频域仿真和时频域仿真。

时域仿真主要是指模拟电磁波在时间上的波动和变化，通过处理电场强度和磁场强度来计算出电磁波的传播过程。

频域仿真主要是指模拟电磁波在频率上的变化，例如电磁波的功率谱密度、频率响应、滤波器特性等。

时频域仿真主要综合了时域仿真和频域仿真的特点，可以实现以时间为主轴和频率为主轴，并且可以同时对信号的时间和频率特性进行局部观察。

三、电磁场计算与仿真技术的应用电磁场计算与仿真技术已经广泛应用于一些领域，例如电路设计、无线通信、医学成像、低频场和高频场的计算等。

磁学研究中的磁场计算与仿真方法

磁学研究中的磁场计算与仿真方法磁学作为物理学的一个重要分支，研究磁场的产生、传播和相互作用规律，对于理解自然界中的磁性现象以及应用于磁性材料的设计和开发具有重要意义。

在磁学研究中，磁场计算与仿真方法是一项关键技术，它可以帮助科学家们更好地理解磁场的特性，并为相关领域的应用提供理论依据和实验指导。

磁场计算是磁学研究中的基础工作之一。

在过去，人们主要通过理论计算和实验测量来获得磁场的数值。

然而，由于磁场具有复杂的空间分布和强度变化，传统的计算方法往往难以满足研究的需要。

随着计算机技术的发展，磁场计算方法也得到了极大的改进和拓展。

有限元方法是目前磁场计算中最常用的方法之一。

它将磁场区域划分为许多小的有限元单元，然后通过求解磁场方程组来计算每个单元中的磁场分布。

有限元方法具有较高的精度和灵活性，可以适应不同形状和尺寸的磁场区域。

此外，有限元方法还可以考虑材料的磁性特性，如磁导率和磁饱和等，从而更准确地模拟实际磁场场景。

除了有限元方法，磁场计算中还有其他一些常用的方法。

例如，有限差分法将磁场区域离散化为网格，通过求解差分方程来计算磁场分布。

该方法适用于较简单的磁场问题，计算速度较快。

另外，边界元法和矢量势法等方法也在特定的磁场计算问题中得到了应用。

磁场仿真是磁学研究中的另一个重要方向。

与磁场计算不同，磁场仿真更注重对磁场的可视化和动态模拟。

通过仿真，科学家们可以直观地观察磁场的分布和变化规律，进一步深入理解磁场的特性。

在磁场仿真中，计算机图形学和可视化技术起到了关键作用。

科学家们可以使用计算机软件绘制出磁场的三维模型，并通过模拟和动画效果展示磁场的变化过程。

这些仿真结果可以为磁学研究提供直观的参考和理论验证，同时也为相关领域的应用提供了设计和优化的依据。

除了计算机图形学和可视化技术，磁场仿真还可以借助其他工具和方法。

例如，磁场传感器和磁力计可以用于实时监测和测量磁场的强度和方向。

通过将这些传感器与计算机系统相连，科学家们可以实时获取磁场数据，并进行仿真和分析。

电磁场与电路仿真分析

电磁场与电路仿真分析一、电磁场仿真分析电磁场仿真分析是指利用计算机对物理场进行数值模拟，以便于对物理现象进行观察、预测和优化设计。

它是电磁学最常用的工具之一，广泛应用于电子、通信、医疗、航空航天和能源等领域。

电磁场仿真分析通常采用三维有限元方法、有限差分法、边界元法等。

其中，三维有限元方法是最常用的方法之一。

它可以对复杂的电磁场进行模拟，其中涉及电场、磁场和电磁波等基本物理问题。

二、电路仿真分析电路仿真分析是指利用计算机对电路进行数值模拟，以便于对电路进行观察、预测和优化设计。

它是电子学最常用的工具之一，广泛应用于电子产品的设计和制造。

电路仿真分析通常采用SPICE软件，也就是模拟电路分析程序。

它可以对电路元件进行建模，并进行模拟计算，以得出电路的各种参数。

通过仿真分析，设计者可以对电路进行快速优化，提高电路的性能、可靠性和可制造性。

三、电磁场与电路仿真分析的结合电磁场与电路仿真分析在某些领域中常常需要结合起来进行。

例如，在射频领域中，设计和测试电路需要同时考虑电路的电和磁特性以及电磁波的传播特性，这就需要进行电磁场和电路仿真的联合分析。

在进行联合分析时，需要将电磁场仿真的结果作为输入，进行电路仿真的参数选取。

在电路仿真中，需要将电路元件进行建模，并将模型参数进行计算，以得出电路的响应。

通过对电路的参数进行分析，可以得到电路的响应特性，从而对电路进行优化设计。

同时，电磁场仿真也需要考虑到电路的特性。

例如，在分析射频传输线时，需要考虑到线路的电容和电感以及信号的传播延迟等，并将这些因素纳入到电磁场仿真模型中，以便于得到更加准确的结果。

四、电磁场与电路仿真分析的应用电磁场与电路仿真分析已经广泛应用于多个领域中。

其中主要包括：1. 通信领域：电磁场与电路仿真分析在通信领域中应用广泛。

例如，在手机、移动设备和无线网络等产品的设计和测试中，都需要进行联合仿真分析，以保证产品的性能和可靠性。

2. 航空航天领域：电磁场仿真在航空航天领域中应用广泛。

电磁场仿真技术的研究与应用

电磁场仿真技术的研究与应用一、引言电磁场仿真是电磁学研究领域的重要工具，旨在通过计算机模拟电磁场的行为及其在物体中的传播方式。

该技术可用于各种应用中，如无线电通信、电力系统、辐射安全等。

本文将着重探讨电磁场仿真技术的研究现状与应用实践。

二、电磁场仿真技术的研究现状1.基本原理电磁场仿真技术的基本原理是利用电磁场方程式，通过有限元分析、边界元法等计算方法求解电磁场的分布规律。

其中最常用的是有限元方法，即将分析区域分割为多个小单元，对每个小单元进行场量的模拟计算，再将整个区域的各个小单元的结果合并得到整个区域的场量分布，从而获得电磁场的仿真结果。

2.电磁场仿真软件商用电磁场仿真软件有多种，如ANSYS Maxwell、COMSOL Multiphysics、CST Studio Suite等。

这些软件通过算法实现对电磁场的仿真，用户可以方便地通过界面进行建模、参数、材料变换、条件设定等操作，来观察电磁场的分布及其性质，提供各种数据输出和可视化结果。

三、电磁场仿真技术的应用1.无线通信系统电磁场仿真技术可应用于无线通信系统中，如GSM、CDMA、LTE 等。

在通信系统中，需要考虑信道传输损耗、多径传输等问题，仿真技术可用于验证屏蔽设备的性能，以及优化天线和发射器的设计。

2.电力系统电磁场仿真技术可用于电力系统的电磁场分布分析。

电力系统中包括了各种输电线路、变电站、变流站等高压设备，这些设备会引发电磁辐射问题。

利用仿真技术，可以准确计算电磁场分布并分析其对健康和环境的影响，以便作出最优决策。

3.辐射安全辐射安全是电磁场仿真技术的重要应用之一。

如在移动电话塔、电台、雷达站等设备附近，可能会产生辐射场强的问题。

使用仿真技术可以得到设备的辐射情况，为人员防护工作提供可靠依据，并为相关部门与企业的相关决策提供参考。

4.电磁波探测电磁场仿真技术可以模拟电磁波在介质中的传播过程，在石油勘探、地质勘察、资源调查以及水文地质等领域有广泛的应用。

电磁场仿真算法及应用

电磁场仿真算法及应用第一章引言随着现代科技的不断发展，电磁场仿真算法及其应用得到了越来越广泛的关注。

电磁场在电子工程、通信工程、无线电工程等众多领域都有着广泛的应用，因此电磁场仿真算法的研究也具有非常重要的意义。

本文将介绍电磁场仿真算法的基本理论和方法，并探讨其在通信工程、无线电工程、雷达工程等领域的应用。

第二章电磁场的基本概念电磁场指的是带电粒子所产生的电场和磁场的总和，是一种具有波动性的物质场。

电场和磁场是两种基本的物理量，它们的相互作用形成了电磁场。

电场是由静止电荷所产生的空间中的物理量，而磁场是由静止电荷所产生的空间中的物理量。

在电磁场中，电场和磁场是相互耦合的，它们的相互作用非常复杂。

电磁场在电子工程、通信工程、无线电工程、雷达工程等领域中都有着非常广泛的应用。

第三章电磁场仿真算法的基本理论和方法在电磁场仿真中，最基本的算法是有限元法和有限差分法。

有限元法是一种数值解法，将研究区域分成有限个小单元，对每个小单元进行电磁场计算，然后将它们组合得到整个研究区域的电磁场分布。

有限差分法也是一种数值解法，将研究区域分成有限个点，然后求解每个点的电磁场分布。

在这两种方法中，有限元法更加适用于三维场问题，而有限差分法则更加适用于二维场问题。

在电磁场仿真中，还有一种非常重要的算法，即时域有限差分法。

时域有限差分法是一种将电磁场计算问题转化为时域问题的算法，通过求解时域的麦克斯韦方程组，得到电磁场的时域分布。

时域有限差分法在雷达工程和通信工程中有着非常广泛的应用。

第四章电磁场仿真算法的应用在通信工程中，电磁场仿真算法可以用来模拟电磁波在不同环境下的传播特性，计算无线信号的强度、衰减等参数。

在无线电工程中，电磁场仿真算法可以用来模拟射频信号在天线中的传输特性，从而优化天线的设计。

在雷达工程中，电磁场仿真算法可以用来模拟雷达信号的传输特性，计算雷达的探测范围、分辨率等参数。

第五章结论电磁场仿真算法是一种非常重要的数值解法，可以用来模拟电磁场在不同环境下的传播特性和信号的传输特性。

计算电磁学在仿真技术中的应用

计算电磁学在仿真技术中的应用作者：田云飞来源：《文化产业》2014年第10期摘要：伴随着计算机技术的不断发展进步，计算电磁学在仿真技术中的应用也不断增多。

本文首先对于计算电磁学的研究对象予以简单的介绍，然后着重介绍电磁仿真过程中模型建立，仿真算法以及仿真结果评估三个过程，对于一些常用的、基于计算电磁学原理的仿真软件予以简单介绍。

关键字：仿真技术；计算电磁学；仿真软件；文章编号：1674-3520（2014）-10-00-02引言：电磁学是一门古老但却使用价值非常高、因而不断发展完善的学科。

伴随着人类对于随电磁学理论研究的不断深入，所面向的研究对象也越来越复杂，计算机的问世及其性能的持续提高很好地解决了这一问题，对于电磁学中所涉及的求解方法、技术都产生了巨大的影响。

上世纪 40 年代，基于电磁学、数值方法以及计算机技术基础之上建立了计算电磁学。

计算电磁学的出现，在很大程度上解决了理论与工程问题，也促使了一批仿真软件的问世与发展完善。

一、计算电磁学的研究对象迄今为止，在计算电磁学中经常使用的计算方法主要是解析法、数值法以及半解析数值法。

在经典电磁学中，多使用麦克斯韦方程组建立偏微分方程或者积分方程的方法来求解。

但这种方式只适合于具有规则边界的简单问题，受边界形状的限制其适用范围很窄，实际应用也较少。

对于具有不规则边界的问题，由于对于数学技巧的要求很高，因此难以求解，纯数值方法的出现很好地解决了此类问题。

纯数值方法用差分代替微分，以有限求和代替积分，这样一来，就将原本很复杂的计算过程简化为求解差分方程或代数方程。

电磁场数值解法适用性强、削弱了对于边界形状的约束，对于各类复杂问题的简化大有裨益。

鉴于上述优点，计算电磁学被广泛的运用与生产生活与科研领域，其应用范围涉及微波、通信、电磁兼容、雷达、导航以及地质勘探等各个电磁领域。

除此之外，计算电磁学对于分析求解耦合、辐射、散射问题等问题都具有很好的效果。

二、电磁仿真过程电磁仿真过程主要包括三个部分：仿真模型的建立、仿真算法介绍以及仿真结果评估。

电磁场的建模与仿真

电磁场的建模与仿真电子与电气工程是一个广泛而深入的领域，涵盖了电力系统、电子器件、通信技术等多个方面。

其中，电磁场的建模与仿真是电子与电气工程中的重要研究方向之一。

本文将探讨电磁场的建模与仿真技术，并介绍其在实际应用中的重要性和挑战。

1. 电磁场建模的基础电磁场建模是指通过数学方法和计算机模拟，对电磁场在空间中的分布和行为进行描述和预测的过程。

电磁场建模的基础是麦克斯韦方程组，该方程组描述了电磁场的基本规律。

通过对麦克斯韦方程组的数学处理，可以得到电磁场的解析解或近似解，从而实现对电磁场的建模。

2. 电磁场建模方法在电磁场建模中，常用的方法包括有限差分法（Finite Difference Method, FDM）、有限元法（Finite Element Method, FEM）和边界元法（Boundary Element Method, BEM）等。

这些方法基于不同的数学原理和假设，适用于不同的电磁场问题。

例如，FDM适用于规则网格结构的问题，FEM适用于复杂几何结构的问题，BEM适用于边界条件已知的问题。

通过选择合适的方法，可以有效地对电磁场进行建模。

3. 电磁场仿真的意义电磁场仿真是指利用计算机模拟电磁场的行为和性能。

电磁场仿真可以帮助工程师和研究人员更好地理解电磁场的特性，并预测电磁场在实际系统中的行为。

通过电磁场仿真，可以优化电磁场系统的设计，提高系统的性能和可靠性。

例如，在电力系统中，电磁场仿真可以用于优化输电线路的布置和降低电磁辐射；在电子器件设计中，电磁场仿真可以用于优化电磁兼容性和抗干扰能力。

4. 电磁场建模与仿真的挑战电磁场建模与仿真面临着一些挑战。

首先，电磁场的建模需要考虑多个物理现象的相互作用，如电场、磁场和电流的耦合效应，这增加了建模的复杂性。

其次，电磁场的仿真需要考虑多尺度效应和非线性特性，这对计算资源和算法的要求较高。

此外，电磁场的建模与仿真还需要考虑材料的特性和边界条件的准确描述，这对数据的获取和处理提出了挑战。

电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究

的热点之一。电磁波一般通过“ 前门” 和“ 后门” 耦合进入系统，为防护强电磁脉冲，传统上采用加固、屏蔽和滤波等防护技术，但这会增加系统重量、体积和成本，并可能降低系统工作能力（如接收机灵敏度）。在复杂电磁
高功率微波和强电磁脉冲给电子设备的正常工作带来了严重的威胁＿】］，而随着电子电气设备系统微电子化，电子系统对电磁脉冲的敏感性和易损性也日趋严重。因此，电磁脉冲及其防护的理论和技术成为当今研究
可以在不影响设备正常工作的前提下有效防护强电磁脉冲，实现工作信号收发与强电磁防护的兼容，具有传统防护技术无法比拟的优势。为研究ＥＳＳ的防护效果，杨成等＿４明采用简化的二极管模型进行场路协同仿真，这
第２９卷第９期
２０１７年９月
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ１．２９，ＮＯ．９
Ｓｅｐ．，２０１７
电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究
计，使得透过电磁能量选择表面的场强更小，同时减小了尖峰泄漏，提高了电子系损伤能力。
１能量选择机制
能量选择表面一般采用压控导电结构实现表面阻抗的变化，从而获得电磁环境自适应特性。在弱场条件下，ＥＳＳ处于高阻态，电磁波能顺利通过能量选择表面，对应于透波模式；在强场作用下，能量选择表面由高阻态变为低阻态，电磁脉冲能量被ＥＳＳ反射、吸收和泄放，从而起到屏蔽作用，对应于防护模式。ＥＳＳ防护特性

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ｂｅａｄｏｐｔｅｄｕｎｄｅｒｓｕｃｈｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ．Ｔｈｅｆｕｌｌ — ｗａｖｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｃｏｍｐｌｅｘ
ＺＨＡＮＧＨｕａｎｈｕａｎ，ＪＩＡＮＧＬｉｊｕｎ，ＬＩＰｉｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＨｏｎｇＫｏｎｇ，ＨｏｎｇＫｏｎｇ９９９０７７，Ｃｈｉｎａ）
（１．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安７１００７１；２．香港大学电机电子工程系，香港９９９Ｏ７７）
摘
要：随着集成电路的集成度和脉冲信号速度的提高，电路中的波效应越来越明显，单纯使用电路分析方
ｐａｃｋａｇｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅａｄｏｐｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｍｏｄｕｌｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｆｕｌｌ — ｗａｖｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｃｏｕｐｌｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ — ｃｉｒｃｕｉｔｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ — ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｒｆｓｔｌｖ．Ｔｈｅｎｔｈｅｏｖｅｒｓｅａｓａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｅａｃｈｋｉｎｄｏｆｐｒｏｂｌｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ — ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｖｏ１ｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ — ２１６２．２０１７．０４．００２
计算电磁学中的场路协同仿真方法综述
张欢欢，姜立军，李平
ＡｓｕｒｖｅｙＯｉｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ ’ ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
ｉｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｗａｖｅｅｆｆｅｃｔｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｉｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ．Ｓｏｉｔｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｂｙｓｏｌｅｌｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ｄｉｖｉｄｅ～ａｎｄ — ｃｏｎｑｕｅｒｍｅｔｈｏｄｍｕｓｔ
法已不能满足精度要求，这种情况下必须对原问题分而治之．采用３维电磁场全波方法对封装与互连结构进行分析，采用电路分析方法对电路元件或电路模块进行分析，最后将二者耦合起来实现场路协同仿真．论文首先对计算电磁学中的场路协同仿真问题进行分类，然后分别介绍各类场路协同仿真的国内外研究现状，最后探讨场路协同仿真的未来研究方向．关键词：电磁兼容；场路协同仿真；全波方法中图分类号：ＴＮ０１５文献标志码：Ａ文章编号：１０００ — ２１６２（２０１７】０４ — ０００３ — ０７
２０１７年７月
安徽大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｊｕｌｙ２０１７