一、从电磁波与天线说起
从1887年赫兹用实验证明电磁波的存在至今,电磁波一直在改变人类的生活。可以肯定的是,未来的很长时间内,电磁波依然是传递信息最常用的方式,即使将来量子通信普及,也依然不会动摇电磁波在通信中举足轻重的地位。
作为不可或缺的调控电磁波的工具,天线的功能是辐射或接收电磁波:在发射系统中,天线将高频电磁能转化为自由空间中的电磁波;在接收系统中,天线将自由空间中电磁波转换为高频电磁能。
对于电磁波和天线入门者,专业“门槛”越来越低,因为电磁仿真软件可以解决原来很多必须依靠大量人力、物力才能解决的问题。电磁仿真软件应用的便利性可以帮助天线仿真设计工程师,即使不理解电磁波的基本原理依然可以进行天线设计。且利用电磁场分析软件针对天线问题进行仿真计算,不仅可以实现天线结构的最优布局,同时也是一种投入少、时间短并且非常有效的解决途径。
图1 电磁仿真
二、仿真是科学研究的第三大方法
众所周知,科学研究的三大方法可以概括为:理论研究、实验研究和数值模拟。其中,数值模拟,即仿真,被称之为第三大科学研究方法,发展迅猛,逐渐替代了部分实验研究,具有灵活性、全面深入、高效费比等特点和优势,备受工程人员的青睐。
(1)灵活性:方便的调整几何结构、材料属性、放置位置等关键参数;针对某一环节进行单独分析。
(2)全面、深入:可以根据用户要求分析任意部件、得到系统的任意电磁特性;提供比测试丰富得多的信息。
(3)效果:在虚拟原型上改进设计,确保设计一次成功。
且近年来,随着国内高性能计算的飞速发展,仿真规模与仿真效率大幅度提升,也同时促进了仿真软件的发展。
图2 中国高性能计算
现阶段,大量设计依靠仿真软件已是不争的事实。如今,在电磁场领域,电磁仿真软件已经广泛地应用于电磁性能预测、天线设计、雷达目标的RCS分析及成像等多个方面。
三、电磁仿真概述
1、电磁仿真应用领域
图3 电磁仿真应用领域