FEM Vs MoM - una discussione

[Arunkumar]

FEM e la mamma sono i due principali tecniche numeriche che todays EM Modeling contare.Io so che il tempo impiegato da entrambi di queste tecniche numeriche è alta e consuma quantità considerevole di memoria pure.Nel complesso, i risultati prodotti da FEM sono molto migliori rispetto sperimentale rispetto al quelli prodotti dalla mamma.Ho bisogno di un paio di fatti in tempo reale / ragioni che dimostrano la FEM (modellazione agli elementi finiti) ha prestazioni superiori MoM (metodo dei momenti).

 

[Rautio]

Hi Arunkumar - FEM è un volume di meshing approccio.La mamma è di solito una superficie mesh approccio.Meshing volume è più appropriato per la maggior parte 3-D geometrie arbitrarie.MoM è spesso specializzati per geometrie piane ed è più appropriato per la maggior parte geometrie planari.

Nella maggior parte (ma non proprio tutti i casi), ritengo che l'applicazione di qualsiasi volume di meshing tecnica per circuiti planari di essere un vero e proprio errore, un grave errore di giudizio di ingegneria.

La stessa cosa è vera (per molti casi) in senso inverso, se si applica uno strumento MoM planare a 3-D strutture arbitrarie.(Tu non dici che tipo di struttura che si sta tentando di analizzare.)

Va bene essere scettici riguardo le mie dichiarazioni di cui sopra.Tuttavia, spero anche si sceglie di essere scettico su chi fa la dichiarazione coperta che FEM è meglio di MOM.

Che è meglio è facile test per voi stessi.Per vedere che la mamma è meglio scegliere una struttura semplice planare, per esempio, una lunghezza di linea di trasmissione.Se si utilizza stripline (terra-dielettrico-line di trasmissione-dielettrica-terra), vi è anche una risposta esatta.Analizzarlo in ogni mesher volume, e in ogni mesher superficie (si può ottenere un mesher libere di superficie dal mio www.sonnetsoftware.com società, basta scaricarlo, non c'è tempo-out).Impostare all'incirca le stesse dimensioni in grado di combinare entrambi gli strumenti.Lo strumento MoM richiederà, per le dimensioni delle maglie media, meno di un secondo per un problema così semplice.A seconda della geometria selezionata, il mesher volume avrà 100x o anche 1000x più tempo per analizzare per la stessa densità di meshing.

Ora, guarda la distribuzione attuale.La distribuzione MoM attuale sarà tipicamente liscia, con forte corrente su tutti gli spigoli vivi, e hanno un aspetto fisico sano.Quindi controllare il volume di meshing attuale distribuzione.Se sembra laceri e manca di una forte corrente elevata su spigoli vivi (richiesto dalle equazioni di Maxwell), è necessario perfezionare la soluzione e / o di meshing ancora di più.Questo rende l'analisi andare ancora più a lungo.

Se si vuole dimostrare che meshing volume è meglio, basta fare la stessa cosa come sopra, solo selezionare una struttura 3-D arbitrario (ad esempio, una guida d'onda coassiale di adattatore).

Ogni tanto mi imbattuto in questa idea che il volume di meshing (FEM in particolare) è meglio di MOM.Ciò è vero se il problema è appropriato per meshing volume e non è appropriato per la mamma.Ma per i circuiti planari, e per planare Mamma, mamma (ogni MoM!) È di gran lunga (ordini di grandezza) superiore al volume di meshing a livello di precisione e della velocità.(Poiché ogni metodo ha vantaggi e svantaggi per i vari tipi di problemi, spesso mi consiglia che si dovrebbe ottenere sia, se il budget lo consente.)

 

[irfan1]

Cari Rautio,
Che lo strumento sarebbe meglio per strutture metalliche solo?FDTD?FEM?MOM?Per essere precisi, diciamo che abbiamo una grata metallica con un foro su di esso e vogliamo simulare questa struttura.Il metallo ha un certo spessore.

 

[Rautio]

Hi Irfan1 - credo che si intende metallico spazio vuoto (cioè non dielettrico).Se si tratta di una rete metallica, vorrei prendere in seria considerazione uno dei NEC (codice numerico elettromagnetici), progettato per le antenne di filo.Solo trattare la vostra rete come una antenna a filo.I prezzi variano da NEC codice libero per diverse migliaia di dollari, molto meno rispetto commerciali codici EM (come il nostro Sonnet propria).

Se avete bisogno di risultati a banda larga, mi sento di raccomandare FDTD (Finite Difference Time Domain), o, esp.il suo parente stretto FIT (Finite Integration Technique).A mio parere, FIT è generalmente superiore (è per questo che rappresentano il principale strumento commerciale, CST, in Nord America), ma certamente vi è spazio per opinioni diverse su questo argomento, ed è anche problema dipendente.

Avrei bisogno di maggiori informazioni sul problema specifico e che tipo di risultati è necessario effettuare una raccomandazione migliore.Ulteriori informazioni possono cambiare completamente la mia Recomendation.

 

[adel_48]

Salve,

relativa MoM e FEM, ho programmato di entrambi i metodi, sono d'accordo con l'onorevole Rautio che la mamma è meglio, ma il numero di cellule di maglia non è il solo fattore, in quanto le cellule FEM sono grandi e la sua matrice è molto grande ma è in genere una scarsa Matrix e può essere facilmente risolto utilizzando risolutori iterativi a differenza delle matrici dense e mal condizionata, che in genere derivano da mamma, anche non ci sono termini di tempo singolare e normali integrazioni come la mamma.Inoltre, in MOM la modellazione di eccitazione è generalmente un problema e noi abbiamo il modello esatto di eccitazione (ad esempio, una guida d'onda eccitato con TE10 o un coassiale eccitato con un'onda TEM sarebbe troppo difficile da modello in MOM) anche per le strutture Microstrip MoM richiede de - incorporamento regimi che in alcuni casi sono proprietarie.

Tuttavia, credo che per le grandi strutture aperte, che non richiede di superficie troppe meshcells MoM dovrebbe essere il metodo (il livello di precisione in materia e il tempo), per le piccole strutture chiuse (ad esempio, cavità o filtri wg) mi sento di raccomandare FEM.Per i mezzi non omogenei e / o interfacce troppi FEM e FDTD deve essere utilizzato secondo la banda di frequenza della struttura.

Con i migliori saluti,
Adel

 

[Rautio]

Hi Adel_48 - Sono d'accordo con la maggior parte dei tuoi commenti.Tuttavia, per le strutture planare in un ambiente protetto, la funzione di Green è una somma di seni e coseni.Non ci sono integrazioni cattivi (come ci sono in ambiente non schermato).Inoltre, Planar MoM richiede un 4-D di integrazione (2-D per la sottosezione di origine e 2-D per la sottosezione di campo).In schermato, questo deve essere fatto numericamente.In schermato Mamma, i seni in funzione di Green è sufficiente accedere alla coseni, ecc Tutti i campo / integrazione di origine è fatto analiticamente.Tutto ciò che rimane da fare è quello di sommare i seni e coseni, e che è fatto con la FFT.

Lei ha ragione che la maggior parte dei de-embedding fatto in MoM planare è proprietaria.Sonetto (la mia compagnia) è un'eccezione, con tutte le de-embedding completamente pubblicati.FEM, e il volume di altri strumenti di meshing possono infatti avviare un piano di un'onda o di un modo TEM, ecc, e quindi non de-embedding è necessaria.Questo è davvero un vantaggio quando si può fare.Tuttavia, nel lancio di onde in mezzi inhomogeous (con perdita o con più di un costante dielettrica), Zo non è noto.Essi devono calcolare che, ipotizzando che si desidera sapere quale sia l'uscita S-Zo parametri sono normalizzati.Ciò corrisponde approssimativamente a planare MoM de-embedding.Il problema è la definizione di Zo è sfocata per questi casi, le differenze di oltre il 10% sono possibili senza troppe difficoltà.Queste differenze contribuiscono direttamente al incertezza nei dati risultanti.

Al contrario, il de-embedding Sonnet non fa uso di Zo per de-embed.Questo può sembrare una cosa molto strana se si sono utilizzati al solo concetto di viaggio onda per de-embedding.Sonetto non utilizza nemmeno questo.Sarò lieto di darvi un riferimento o due per leggere se siete interessati.

Per le strutture arbitrario in un ambiente protetto, uno o l'altro del volume di meshing strumenti sarebbe meglio.Potrebbe essere FEM.Potrebbe non essere.Dipende dal problema.

 

[adel_48]

Caro Dr. Rautio,

Thank you Rautio Dr., in realtà mi hai fatto rivedere un punto molto importante, come la maggior parte del mio lavoro è stato su antenne così mi è stato interessato soprattutto nelle funzioni del verde di spazio libero, che diventa singolare per alcune cellule e in molti casi non possono essere integrati facilmente , e così la maggior parte delle mie idee sono basate su questo.

Sono completamente d'accordo con te che in strutture chiuse le integrazioni delle funzioni di Green sono molto più semplici e possono essere facilmente fatto.

Ma ancora ci sono alcuni MoM base software commerciali come WIPL-D che utilizza le funzioni del verde di spazio libero e IE3D che utilizza le funzioni di strati media di Green.

Penso che l'ipotesi di struttura chiusa potrebbe non essere valido per particolari strutture planari ad esempio quando c'è una fessura radiante nel piano terra.Una volta ho simulato un DGS sul simulatore di Microwave Office (uno MoM base che assume la struttura chiusa), i suoi risultati non erano le stesse misurazioni, quindi ho usato una sola volta con Microwave Studio conidtions confine perfetta E (e ha dato circa gli stessi risultati come ufficio a microonde) e l'altro con condizioni al contorno aperto che ha avuto un ottimo accordo con le misurazioni.

In realtà, sono molto interessato alla de-embedding tecnica utilizzata nel software sonetto.Sarò felice se potete darmi alcune fonti in proposito.Un mio amico usa sonetto nella sua struttura planare (principalmente co-planare con multi-layer) e ottiene ottimi risultati con esso.

Inoltre vi è un piccolo punto non ho menzionato conerning FDTD, il problema se il lancio di una modalità nel dominio del tempo.Per le strutture chiuse non dispersivo, lanciando la modalità è molto semplice e diretto, tuttavia per le strutture dispersivo lanciare i modi può condurre a risultati imprecisi.Una volta ho provato a simulare una antenna dielettrico asta utilizzando FDTD ma ero di fronte ad un grosso problema in quanto la distribuzione trasversale campo i cambiamenti porta con frequenza (a basse frequenze il campo è concentrata al di fuori della barra, per frequenze superiori che si concentra in esso ) e l'unico metodo che può essere fatto o è de-embedding (che non so come implementare in un caso del genere a causa delle forti proprietà dispersive della struttura del porto) o prendendo la trasformazione inversa di Fourier della distribuzione di campo analitico moltiplicata per un impulso gaussiano nel dominio della frequenza e usarlo per eccitare la struttura nel dominio del tempo, ma non ho trovato alcun software FDTD commerciale che utilizza questo metodo.Credo che in tal caso fequency tecniche di dominio come il FEM o fdfd sono l'unico modo.

Con i migliori saluti,
Adel

 

[Rautio]

Hi Adel - Grazie per considerare attentamente i miei commenti, e di fornire i tuoi commenti.

Ho solo una visione ad alto livello di FDTD, quindi non posso commentare le Sue osservazioni dettagliate lì, ma i tuoi commenti non certo suono ragionevoli per me.È certamente molto, molto chiaro che la limitazione di un sé solo una o due strumenti di EM è spesso un grande errore.

Per quanto riguarda i documenti su Sonnet de-embedding, il più recente è:

James C. Rautio e Vladimir I. Okhmatovski, "Unificazione del doppio Delay e Deembedding SOC elettromagnetica," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.53, n. 9, settembre 2005, pp 2892-2898.

e la mia carta originale è:

JC Rautio, "De-Embedding Algorithm for Electromagnetics," International Journal of Microwave & Millimeter-Wave Computer-Aided Engineering, Vol.1, No. 3, luglio 1991, pp.282-287.

Ho anche risolto il problema della de-embedding porte interne esattamente.Le porte interne sono importanti per SMD, transistor in RFIC, e anche nella modellistica FET di potenza.(Just Giovedi scorso, un ricercatore EM molto ben informato mi ha detto che tale soluzione è impossibile!) La carta è:

James C. Rautio, "Deembedding l'effetto di un locale Ground Plane in Analisi elettromagnetica," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.53, n. 2, febbraio 2005, pp.770-776.

Se si desidera trovare documenti più su Sonnet, vai a www.sonnetsoftware.com, fare clic su Prodotti-> Sonetto Bibliografia.È possibile ottenere i documenti prima e la terza da IEEE Xplore, o posso inviare un'email a un pdf di uno di essi a voi, mi lasci il tuo indirizzo e-mail, o email una richiesta di info (at) sonnetsoftware.com.

Per la terminologia, ora mi dico sempre "schermato" e "schermato".Parlo con un sacco di nuovi utenti di EM e ho trovato una certa confusione quando si dice "chiuso" e "aperto".A volte newbies pensare "chiuso" si intende Sonnet non l'interfaccia di ogni altra cosa, quando in realtà l'interfaccia ai quadri più di ogni altro strumento di là fuori.E sul lato opposto, ci sono molti strumenti non schermati che si interfacciano con un solo quadro, che sono certamente non "open", anche se sono schermati.

Ho sempre consigliabile avere almeno un schermati e non schermati uno strumento per la progettazione EM planare.Per importanti ( "deve lavorare la prima volta") progetta, si dovrebbe analizzare il circuito in entrambi, come avete fatto.Eventuali differenze devono essere intesi prima di andare al di fabbricazione.Nel caso descritto, direi che l'analisi non schermato ha dato una migliore corrispondenza alla misurazione perché misurato non schermato.Se questo è il caso, allora possiamo concludere che i fianchi nella tua casella di analisi schermati avere qualche effetto sul circuito.Ciò significa che i campi dal tuo circuito si estendono al punto in cui fianchi scatola sono.Questo significa che se si inserisce altri componenti elettronici a quella distanza, che sono suscettibili di coppia al vostro circuito.Questo è importante capire prima di fabbricazione.Non si vuole avere il popolo di integrazione di sistema che viene dopo con mazze da baseball!Analisi con entrambi schermati e non schermati ti consente di effettuare correzioni prima di fabbricazione.