计算电磁学（Computational electromagnetics, CEM) 方法概览_MAGNET_通用

计算电磁学（Computational electromagnetics, CEM) 方法概览

天线、射频（RF）、无线和其他电磁相关技术正在蓬勃发展！CEM是一个跨学科的领域，旨在通过数值分析和计算解决这些技术中的实际问题，涉及电磁场和波及其与材料和现有或即将设计的结构和系统的相互作用。

Computational electromagnetics

As shown below👇

CEM概述

计算电磁学（CEA）方法大致可分为

基于积分方程（IE）公式的方法，即求解电流（场源）；

基于偏微分方程（PDE）公式，即求解场 E 和/或 H 作为未知量的偏微分方程；

高频（HF）渐近技术；

以及混合方法。

IE方法包括对金属AP结构上的表面电流Js的表面积分方程（SIE）进行离散化的方法，以及对放置在结构介电部分表面上的等效电和磁（人工）表面电流Js和Ms进行离散化的方法，以及在介电体积内具有体积电流J的体积积分方程（VIE）。

作为通用的数值求解程序，CEM使用矩量法（MoM）或边界元法（BEM）来离散SIE和VIE，并使用有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）来离散PDE，此外还有其他方法，包括传输线建模（TLM）方法、多分辨率时域方法和有限积分技术（FIT）。

CAE的数值离散化技术

就数值离散化的细节而言，大多数常用的CEM工具都是低阶(low-order)技术，AP结构由电学上非常小的几何元素建模（在每个维度上约为λ/10或λ/20，λ是介质中的波长），元素内的电流和/或场由低阶基函数近似。这通常会导致CEM解精度的功能（电流/场）和几何离散化误差的重大负担，以及解的低收敛速度，其中解精度随着未知量或自由度（DoF）数量的增加和计算资源的要求而缓慢提高。

AP的CEM也使用了更高阶的离散化，其特征是在大型弯曲几何元素中定义的更高阶基函数（例如，在每个维度上为λ级，例如2λ）。更复杂的元素、基函数和实现通常由高阶几何灵活性和高阶电流/场近似灵活性来证明，优选地采用相同的方法，这使得解决方案能够更快（更高阶）收敛，并实现更有效的模型改进。

参考文献

[1] B. M. Notaroš, “75 Years of IEEE AP-S Research in Computational Electromagnetics: A view on the discipline and its history, current state, and future prospects,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 66, no. 3, pp. 68–83, Jun. 2024, doi: 10.1109/MAP.2024.3395652.

来源：灵境地平线

天线理论基础（八）--E面和H面

E面和H面是天线的两个重要概念，它们分别代表了天线在电场和磁场方向上的辐射特性。通过深入分析E面和H面的方向图，可以全面了解天线的辐射性能并为其优化提供有力支持。EandHAsshownbelow👇E面E面是包含E场和天线最大辐射方向的平面。例如，一个短偶极子，电场由下式给出：E=θsinθ这表明在x-y平面内，电场垂直取向（负z方向）。请参见下图,图显示了沿y轴一点的场。E场朝向负z方向，该点的传播方向为+y方向（在这种情况下也是最大辐射的方向），H场朝向负x方向。E平面是包含E场和最大辐射方向的所有平面。因此，在这种情况下，E平面是包含z轴的平面（xz平面、yz平面等）。在这种情况下，E平面切割并不是唯一的，但E平面中给出的辐射模式图将是极角（θ）的函数，极角是在z轴外测量的。由于E面与电场方向平行，因此它对于理解天线的电场辐射特性至关重要。H面H面是包含H场和天线最大辐射方向的平面。例如，考虑一个短偶极子，磁场由下式给出：H=φsinθ这表明在x-y平面中，H场是水平取向的（在x-y平面内）。请参见下图，图显示了沿y轴一点的场。E场朝向负z方向，该点的传播方向为+y方向，H场朝向负x方向。最大辐射的方向是天线的侧面。H平面是包含H场和最大辐射方向的任何平面。因此，在这种情况下，H平面是x-y平面。H面方向图是天线在H面内的辐射特性图，它展示了天线在该平面内各个方向的辐射强度。与E面相比，H面更多地反映了天线在垂直于电场方向（即磁场方向）上的辐射特性。EndE面和H面是天线辐射特性的两个重要方面，它们共同描述了天线在空间中的辐射性能。通过分析E面和H面的方向图，可以全面了解天线的辐射方向性、增益、波束宽度等关键参数。来源：灵境地平线