计算电磁学的方法有哪些和主流电磁仿真软件介绍

　　计算电磁学中有众多不同的算法，如时域有限差分法（FDTD）、时域有限积分法（FITD）、有限元法（FE）、矩量法（MoM）、边界元法（BEM）、 谱域法（SM）、传输线法（TLM）、模式匹配法（MM）、横向谐振法（TRM）、线方法（ML）和解析法等等。在频域，数值算法有：有限元法（FEM - Finite Element Method）、矩量法（MoM - Method of Moments），差分法（FDM - Finite Difference Methods），边界元法（ BEM - Boundary Element Method），和传输线法（TLM - Transmission-Line-matrix Method）。这些方法中有解析法、半解析法和数值方法。数值方法中又分零阶、一阶、二阶和高阶方法。按照结果的准确度从高到低，分别是：高阶、二阶、一阶和零阶。依照解析程度由低到高排列，依次是：时域有限差分法（FDTD）、传 输线法（TLM）、时域有限积分法（FITD）、有限元法（FEM）、矩量法（MoM）、线方法（ML）、边界元法（BEM）、谱域法（SM）、模式匹配 法（MM）、横向谐振法（TRM）、和解析法。依照结果的准确度由高到低，分别是：解析法、半解析法、数值方法。模式匹配法（MM）是一个半解析法，倘若传输线的横向模式是准确可得的话。理论上，模式可以是连续谱。但由于数值求解精度的限制，通常要求横向模式是离散谱。这就要求横向结构上是无耗的。更通俗地讲，就是无耗波导结构。换言之，MM 最适用于波导空腔、高Q且在能量传输的某一维上结构具有一定的均匀性。譬如，它适用于两个圆柱腔在高度维上的耦合的分析，但不适用于两个葫芦间的耦合分析，因为后者没有非常明确 的模式参与能量交换，人们只能将大量的模式一并考虑，这样就降低了MM 的效用。有限元法（FEM）是一种一阶纯数值方法（若用一阶元的话）。它适用于任何形状的结构，是一个通用的方法。但事物总是一分为二的。一般来说，通用方法在特殊应用领域的效率将不如特殊方法。对于高Q空腔滤波器设计，MM就远优于FEM。使用矩量法（ MoM）的微波EDA软件有ADS，Sonnet，ANSYS Designer，Microwave Office， Zeland IE3D，ANSYS Esemble，Super NEC和FEKO；使用有限元法（FEM）的微波EDA软件有HFSS和ANSYS；使用时域有限差分法（FDTD）的微波EDA软件有EMPIRE和XFDTD，使用有限积分法（FITD）的微波EDA软件有CST Microwave Studio。

　　主流电磁场仿真软件分析

　　ADS

　　ADS - Advanced Design System，是Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件，是国内各大学和研究所使用最多的软件之一。其功能非常强大，仿真手段丰富多样，可 实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，是非 常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，DSP设计和向量仿真