求解算法

中望电磁仿真软件（ZWSim-EM）使用的是基于时域有限差分算法（FDTD）的革新技术——嵌入积分算法（EIT），也属于时域算法。求解器通过离散位置和离散时间样本的时间来计算场，进而计算能量在激励源和所研究结构的开放空间之间的传递。因此，时域求解器对于大多数高频应用（例如连接器，传输线，滤波器，天线等）非常有效，并且可以通过一次计算获得仿真设备的整个宽带频率特性。

FDTD原理：

基本原理：

中望电磁仿真软件（ZWSim-EM）采用基于FDTD的革新算法对电磁波进行仿真和模拟。FDTD方法自1966年首次提出后，得到迅速发展及应用。麦克斯韦方程中有关电场E和磁场部分的微分形式如下：

上式中介电系数，电导率均为绝对系数而非相对系数，其值与空间位置有关，详见材料参数。将上面两公式在直角坐标系下展开可得：

FDTD离散化采用正交的Yee网格，如下图所示：

由上图可知电场和磁场在时间顺序上交替抽样，抽样时间彼此相差半个时间步，从而可以在时间上迭代求解。因此，由电磁场的初始值和边界条件，就可以逐步推进求解求解空间的电磁场。

差分形式：

假设观察点坐标为（x,y,z），观察点的Ex对应的节点（i+0.5,j,k），以及时刻t=(n+0.5)Δt。于是直角坐标系下的公式可离散化为：

上式中m=(i+0.5,j,k)。另外两个电场分量离散形式如下：

上式中m=(i,j+0.5,k)；

上式中m=(i,j,k+0.5)。

离散磁场时，设观察点坐标为（x,y,z），观察点Hx对应的节点(i,j+0.5,k+0.5)和时刻t=nΔt，则：

上式中m=(i,j+0.5,k+0.5)；

上式中m=(i+0.5,j,k+0.5)；

上式中m=(i+0.5,j+0.5,k)；

以上公式中n-1/2，n，n+1/2，n+1表示时间步数，系数中m代表一组整数或者半整数，Δt为时间步长，Δx、Δy、Δz在x、y、z方向的相邻网格间距。

迭代稳定性条件：FDTD算法的时间和空间步长应该遵守一定规则，否则会发生稳定性问题。在FDTD计算中，三维情况下时间步长和空间步长需满足稳定性条件：

参考文献：

Stephen D. Gedney, Introduction to the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Method for Electromagnetics.

EIT算法优点：

• 克服了传统FDTD算法在模拟弯曲金属界面和介质界面时的梯形误差，避免精度损失，保持算法精度和效率；

• 解决了共形FDTD算法稳定性要求导致时间步长降低的效率问题，无需减少时间步长，保持计算速度；

• 可以准确模拟薄层无限薄层任意曲面金属和任意多薄层介质；

• 模型离散绝对稳健，可以处理任意病态三角形模型，包括退化成点和线的三角形；

• 内核算法媲美其它主流算法，独特的优化实现促使其计算速度更快。

求解器选项

电磁仿真 > 求解器选项

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在求解器选项对话框中，所有参数都对计算时间有很大影响。 单击打开求解器选项设置对话框。

求解器项

精度:精度定义为模型内部的剩余功率与输入功率之比。 精度值越低，剩余功率越小，仿真越精确。 对于某些谐振结构，建议将精度值设置得较低，例如-50 dB或-60 dB，但是求解时间会更长。

最小往返数：信号在求解区域内对角线方向的最小往返次数。默认的最小往返数值是求解所需的最小往返值。 往返次数越多，求解精度更高求解时间更长。

最大往返数：信号在求解区域内对角线方向的最大往返次数。当达到最大往返数值时，达到此次数，停止运算。此次数不是求解必须达到次数，如果已经达到了设定的精度值，最大的往返次数将不会达到。

理想匹配层（PML）吸波性能：为了模拟开放边界，在求解域周围设置了PML吸波材料，PML吸波性能越好，仿真精度越高，但仿真时间也将越长；在此项中设置了三个等级：好、很好、超级好。

电磁场监视器：有三个下拉选项：不保存电磁场结果、保存自定义频点电磁场结果、缓存所有电磁场结果。