Los principales métodos electromagnéticos computacionales utilizados en la tecnología de simulación electromagnética se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: algoritmos exactos y métodos de aproximación de alta frecuencia. Los métodos de cálculo precisos incluyen el método de diferencias (FDFD), el método de elementos finitos (FEM), el método de momentos (MOM) y algoritmos rápidos basados en MoM (como el FMM multipolar rápido y el MLFMA multipolar rápido multicapa), entre los cuales se encuentran los problemas electromagnéticos de Se resuelven objetivos eléctricamente grandes. El método más eficiente es el método multipolar rápido multicapa. En términos generales, los métodos de alta frecuencia se pueden dividir en dos categorías: uno se basa en la óptica de la luz, incluida la óptica geométrica (GO), la teoría de la difracción geométrica (GTD) y la teoría de la difracción uniforme (UTD), desarrollada sobre la base de la GTD; is One se basa en la óptica de frente de onda, incluida la óptica física (PO), la teoría física de la difracción (PTD), el método de corriente electromagnética equivalente (MEC) y el método del coeficiente de difracción de longitud incremental (ILDC). El método de alta frecuencia PO se utiliza ampliamente debido a su alta eficiencia computacional y su gran adaptabilidad a objetivos grandes.
Con base en estos métodos, los países extranjeros no solo han formado muchos sistemas y software de simulación predictiva, sino que también han establecido las correspondientes bases de datos de compatibilidad electromagnética, que pueden llevar a cabo: 1) Diseño de compatibilidad electromagnética de varias plataformas militares, incluidas las grandes. plataformas de barcos Diseño de disposición de antenas, diseño de compatibilidad electromagnética de cabina, análisis de compatibilidad electromagnética intrasistema, análisis de compatibilidad electromagnética entre sistemas, etc. 2) análisis EMC entre plataformas, incluido el análisis EMC de formaciones de barcos; 3) simulación de EMP (pulso electromagnético), efecto EMP y diversos análisis de adaptabilidad de portadores; 4) análisis del entorno electromagnético del campo de batalla moderno de cinco dimensiones en tierra, mar y aire; espacio y electricidad.
En la actualidad, el principal software comercial extranjero es el siguiente:
1. Software EMC2000
Este software fue desarrollado por una empresa francesa. Los principales métodos de cálculo utilizados son el método del momento, el método FDTD, el método FVO (método de volumen finito), el método PO/GO, el método GTD, el método UTD, el método PTD y el método ECM (método de corriente equivalente). El algoritmo es básicamente el mismo que el del EDF naval (se agrega FVO), y las funciones de análisis de los dos son muy similares. Según los informes, EMC2000 puede simular y analizar el impacto de rayos, electricidad estática y pulsos electromagnéticos en objetivos, analizar medios complejos en el dominio del tiempo y calcular el acoplamiento agujero-rendija, pero no tiene funciones de cálculo RCS.
2. Software del módulo de cable FEKO
Este software fue desarrollado por una empresa sudafricana. Los algoritmos numéricos utilizados son principalmente MoM, PO, UTD, FEM (método de elementos finitos) y algunos algoritmos híbridos. La nueva versión del software agrega MLFMA, funciones Cable Mod y análisis en el dominio del tiempo de varias fuentes de pulso (gaussiano, triangular, doble exponencial, pulso de rampa), que se pueden usar para aviones, barcos, satélites, misiles, vehículos y otros sistemas. Incluyendo análisis de dispersión de objetivos electromagnéticos (Figura 1), análisis de efectividad del blindaje del chasis (Figura 2), diseño y análisis de antenas (Figura 3), análisis de diseño de antenas múltiples (Figura 4), análisis de EMC/EMI del sistema, cálculo de SAR de entidad dieléctrica, microondas. Análisis y diseño de dispositivos, análisis de acoplamiento de haces de cables.
3. Ansoft HFSS Software Company
Este software es desarrollado por Ansoft Company en Estados Unidos. El principal algoritmo utilizado es el método de elementos finitos (FEM), que se utiliza principalmente en el diseño de dispositivos de microondas (como guías de ondas, acopladores, filtros, aisladores, cavidades resonantes) y antenas de microondas (Figura 5). Se pueden obtener parámetros y resultados como la impedancia característica, la constante de propagación, los parámetros S, el campo de radiación electromagnética y el patrón de antena. El software y FEKO entraron por primera vez en el mercado chino y tienen un cierto número de usuarios en China.
4.Software CST-SD
El software de simulación CST-SD (FIT, similar a FDTD) basado en tecnología de integración finita fue desarrollado por la empresa alemana CST y se utiliza principalmente para Diseño de alta gama de estructuras resonantes. Descompone sistemas complejos en unidades más pequeñas para su análisis mediante parámetros de dispersión (parámetros S). Su rango de aplicación específico son principalmente dispositivos de microondas, incluidos acopladores, filtros, circuitos de estructura plana, diversas antenas de microondas y tecnología Bluetooth. La Figura 6 es el resultado del análisis de simulación de software del efecto de una señal de pulso exponencial doble que ingresa al chasis a lo largo del cable.
5. Software Fidelity
El software FIDELITY desarrollado por Zeland utiliza principalmente tecnología FDTD de cuadrícula no uniforme, que puede analizar la distribución del campo en medios rellenos complejos. Los resultados de la simulación incluyen principalmente parámetros S, VSWR (relación de onda estacionaria), circuito equivalente RLC, vector de Poynting, distribución de campo cercano y patrón de radiación. El ámbito de aplicación específico incluye principalmente circuitos integrados de microondas/ondas milimétricas (MMIC), RFDCB, antenas de radiofrecuencia, circuitos y filtros superconductores de alta temperatura y circuitos integrados.
6.Software IMST-Empire
El software IMST-Empire utiliza principalmente el método FDTD, que es el software de simulación estándar para el diseño de componentes de radiofrecuencia. Las aplicaciones incluyen estructuras planas, interconexiones, guías de ondas, antenas de RF e integración multipuerto. Los parámetros de simulación son principalmente parámetros S y tipo de campo de radiación.
7. Software de simulación Microstripe
El software fue desarrollado por la empresa estadounidense FLOMERICS y utiliza principalmente el método de matriz de líneas de transmisión (TLM). El software se puede utilizar para calcular grados de acoplamiento en disposiciones de antenas en plataformas de aviones y barcos, analizar rayos, pulsos electromagnéticos y amenazas de descargas electrostáticas para equipos electrónicos, y ayudar en el diseño electromagnético de antenas de superficie, antenas de parche y conjuntos de antenas.
8.Software ADS
Este software es un software de diseño integral a gran escala desarrollado por Agilent en los Estados Unidos basado en el software EDA de la serie HP EESOF. Utilizando principalmente el algoritmo MoM, puede ayudar a los ingenieros de sistemas y circuitos en diversas formas de diseño de RF, como la integración de módulos de microondas/RF discretos, simulación de componentes de circuitos, reconocimiento de patrones, etc. El software también proporciona un nuevo diseño de filtro y su potente diseño de simulación permite realizar análisis de simulación integral y optimización de circuitos digitales o analógicos, lineales o no lineales en el dominio del tiempo o de la frecuencia.
9. Software de simulación Sonnet
Sonnet es un software de simulación electromagnética basado en el método de momentos. Es una simulación tridimensional para el diseño de circuitos de alta frecuencia, microondas, ondas milimétricas. , y herramienta de análisis de compatibilidad electromagnética/interferencia electromagnética. Se utiliza principalmente en: red de adaptación de microcinta, circuito de microcinta, filtro de microcinta, circuito de línea de banda, filtro de línea de banda, vía (conexión de capa o conexión a tierra), análisis de línea acoplada, análisis de circuito de PCB, análisis de interferencia de PCB, inductor en espiral de puente, circuito superconductor plano de alta temperatura análisis, diseño y análisis de circuitos integrados de ondas milimétricas (MMIC), análisis de circuitos de coincidencia mixta, conversión HDI y LTCC, análisis de líneas de transmisión de una o varias capas.
10. Software de simulación IE3D
IE3D es una herramienta de simulación de campos electromagnéticos basada en el método de momentos que puede resolver el problema actual de distribución de estructuras metálicas tridimensionales en multicapa. entornos dieléctricos, incluidos efectos de discontinuidad, efectos de acoplamiento y efectos de radiación. Los resultados de la simulación incluyen parámetros S, VWSR (relación de onda estacionaria), circuito equivalente RLC, distribución de corriente, distribución de campo cercano, patrón de radiación, directividad, eficiencia y RCS. IE3D es útil en circuitos integrados de microondas/ondas milimétricas (MMIC), placas de circuitos impresos de RF, antenas de microcinta, antenas de alambre y otras formas de antenas de RF, circuitos y filtros superconductores de alta temperatura, conexiones internas de CI y empaquetado de circuitos digitales de alta velocidad. herramienta.
11. Software Microwave Office
El software es también una herramienta de simulación de campos electromagnéticos basada en el método de momentos. Simula circuitos planos de microondas a través de dos simuladores. El simulador "VoltaireXL" maneja circuitos planos de microondas compuestos de componentes agrupados, y el simulador "EMSight" maneja el campo electromagnético tridimensional de cualquier estructura plana multicapa. El simulador "VoltaireXL" está equipado con una biblioteca de componentes, donde los componentes pasivos incluyen inductores, resistencias, condensadores, circuitos resonantes, líneas microstrip, líneas strip, líneas coaxiales, etc. Los dispositivos no lineales incluyen transistores bipolares, transistores de efecto de campo y diodos. Al construir un modelo de circuito, se pueden recordar los componentes utilizados. El simulador "EMSight" presenta una combinación de método de momentos de dominio espectral modificado y tecnología de interfaz gráfica de usuario (GUI) intuitiva, que acelera enormemente los cálculos. Se pueden analizar las características eléctricas de los circuitos integrados de radiofrecuencia (RFIC), los circuitos integrados monolíticos de microondas (MMIC), las antenas de parche de microcinta y los circuitos impresos de alta velocidad (PCB).
12. Software de simulación de ondas de hielo
Este software es una herramienta de simulación tridimensional para el diseño de compatibilidad electromagnética/análisis de interferencia electromagnética de productos electrónicos, utilizando el método numérico de onda completa FDTD. Las aplicaciones incluyen: desacoplamiento de PCB, radiación, puesta a tierra, análisis de vías y discontinuidades, así como análisis electromagnético de componentes de microondas, ferritas, cavidades resonantes y cajas blindadas.
13. Software WIPL-D
Este software es un software de diseño de simulación electromagnética de onda completa tridimensional desarrollado por WIPL-d.o.o basado en el algoritmo MoM. Utiliza funciones de base de orden superior (HOBF) ortogonales máximas de última generación y tecnología de malla cuadrilátera para reducir los requisitos de memoria y el tiempo de cálculo. Según los informes, el software puede simular el diseño de la antena de la plataforma de 58 λ de largo del 201. Los problemas electromagnéticos que el software puede resolver incluyen: varios diseños de antenas EMC, problemas complejos de diseño de antenas de plataforma, cálculos complejos de RCS de plataforma y diseño de estructuras pasivas de microondas.
14. Software Singula
Este software fue desarrollado por la empresa canadiense IES y utiliza el algoritmo híbrido MOM PO. Puede usarse para antenas y conjuntos de antenas, guías de ondas y cavidades resonantes. circuitos de radiofrecuencia y componentes de microondas, análisis electromagnéticos como dispersión electromagnética y RCS, tasa de absorción (SAR). , que se puede utilizar para analizar diseños de antenas de onda corta y ultracorta en plataformas complejas.
15. Software FISC
El software de análisis de dispersión electromagnética FISC publicado por la Universidad de Illinois en Estados Unidos en 2001 es adecuado para el análisis de dispersión electromagnética de misiles (Figura 7) y aviones. (Figura 8), tanques, etc. El principal método utilizado es el método multipolar rápido multicapa (MLFMA). Se informa que puede resolver el problema de la dispersión electromagnética de 100.000 cantidades desconocidas.
Software de parche 16.x
Este software fue desarrollado por el ejército de EE. UU. Utiliza principalmente el método de rayo de rebote (SBR) y está estrechamente integrado con la tecnología de gráficos por computadora. En el cálculo se tienen en cuenta simultáneamente la aproximación óptica física de los rayos directos, la difracción física y los rayos de reflexión múltiple. Al calcular el primer rebote, la parte que lleva más tiempo es determinar las partes de sombra y oclusión de objetivos complejos. El software utiliza tecnología de almacenamiento en búfer Z en hardware y software para determinar con precisión estas dos partes. Una vez determinadas la parte de sombra y la parte de oclusión, PO puede calcular la contribución de la parte de campo directo. Para calcular el efecto de múltiples reflexiones, se dispara una serie de rayos paralelos desde una onda incidente hacia un objetivo, y se rastrean las reflexiones y refracciones de cada rayo sobre (o dentro) del objetivo hasta que el rayo abandona el objetivo. El trazado de rayos se basa en el principio de la óptica geométrica. El campo en el punto de reflexión o de refracción está determinado por la óptica geométrica, incluidos los efectos de polarización, los efectos del medio multicapa, etc. En el último punto de reflexión donde la luz abandona el objetivo, el campo de dispersión de campo lejano se calcula mediante la integración de la óptica física (Figura 9). El campo total de dispersión de campo lejano o sección transversal del radar se obtiene sumando las contribuciones de todos los rayos a la dispersión de campo lejano. Generalmente, para los cálculos RCS, una distancia de 1 longitud de onda requiere al menos 10 rayos. Aunque el método basado en este software es simple en principio, requiere tecnología CAD geométrica efectiva y algoritmos de trazado de rayos rápidos.
Personalmente, ansoft y CTS se utilizan con más frecuencia.