电磁仿真需要牢记的“内功心法”电动泵

电磁仿真需要牢记的“内功心法”

在射频、微波设计中，各种“强大”的商用电磁仿真软件的功能包罗万象，这篇“内功心法”从算法角度出发，提示大家如何谨慎选择仿真软件。

心法一：“场”与“路”的区分

世上本无“路”，“场”近似得多了就变成了“路”！理论上，所有的电工问题都可以由场论解决，但是忽略了“场”在“路”尺寸上传播造成的相位差后，于是“路”把电磁参数固化到器件特性中成为集总参数，就可使用比麦大神（麦卷尺氏方程）简单无数倍的方法对电特性进行求解。当然，这一切的近似，归功于模型尺寸远小锡合金于电磁波的波长。

一句话总结：元件尺寸远小于电磁波的波长（电小尺寸），使用“路”（集总参数/准静态）的仿真软件。

心法二：全波仿真算法的选择

在无法满足电小尺寸时，难以使用集总参数解决问题，就必须使用场论！然而，用麦大神的方法怎样都不如基大神(基尔霍夫)的解法来得舒服，各路小神们看不下眼，基于麦大神的理论，用数值算法代替数学解析式，从而用电脑把人脑解放出来，解决民间疾苦。于是，就有了我们现在熟得不能再熟的矩量法(MoM)、时域有限差分(FDTD)法、有限元法(FEM)、传输线矩阵法(TLM)和部分元等效电路(PEEC)等全波算法。

现有的全波仿真商业软件没有跑出这些算法的圈子，因此了解了这些算法的特性，也就知道如何选用恰当的商业仿真软件：MoM将导体分成电小尺寸单元，通过计算所有导体单元上的电流(常数)，得到所有导体电流单元总体产生的电磁场；

瓶盖机FDTD将仿真对象对应的空间区域分割成电小尺寸的体积元，假设鲍鱼果各体积元内的场为常数。通常使用脉冲作为激励函数，模型可得到宽带响应；

FEM将空气和其他所有材质分割成电小尺寸单元，假设每个单元内部的场为常数，使用变分技术求解麦克斯韦方程组；

TLM将建模对象区域划分成多个电小尺寸单元，每个单元对应一个三维传输线节点，每个节点上的传输/反射可以由节点阻抗得出；

PEEC将所有变化单元间场的关系替换为电路的关系，单元之间通过局部的互电感和互电容相连，总体电路进行仿真，然后将求解的电流和电压参数转化为场。

表1各类电磁仿真算法总结

现在强大的全波软件仿真工具层出不穷，但如果使用不当，实际效果与仿真预测可能会相差十万八千里哦！以上内功心法虽然是电磁仿真的基础之基础，但也提醒各路神通在秀仿真神技时能够hold住，不要犯下低级错误。

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