Wat is elektromagnetische simulatie?

Gebruik van benadering berekeningen voor de vergelijkingen van Maxwell en de wet van Faraday, zijn elektromagnetische simulaties modellen van elektromagnetica en hun effecten op het milieu en fysieke structuren daarover. Een elektromagnetische simulatie kan worden gebruikt om een ​​satellietantenne in de goede richting te richten op maximale kanalen en duidelijkheid en de prestaties ervan te beoordelen of om golfvoortplanting te bepalen in de vrije ruimte. Deze simulaties kunnen helpen bij het efficiënte ontwerp van computerchips en wijzen op hoe ze de prestaties in belangrijke elektronica kunnen verbeteren door de incompatibiliteit van componenten erin te vinden. Elektromagnetische straling die wordt opgehaald en verspreid en vervolgens geabsorbeerd door kleine deeltjes wordt gebruikt in simulaties voor wetenschapsprojecten bij de European Organisation for Nuclear Research (CERN) Laboratories voor hun deeltjesversnellersprojecten. Elektromagnetische simulatieprogramma's worden ook gebruikt als tools in college fysica-laboratoria om effectiever te onderwijzen, omdat studenten hands-on e ontvangenxperience met het oplossen van problemen met het gebruik ervan.

Het oplossen van de vergelijkingen van Maxwell op elk punt in een orthogonaal of niet-orthogonaal rooster is een van de wegen om rasters te gebruiken om ruimte te discrimineren door een topologisch onderzoek van de ruimte te creëren. Het oplossen van deze vergelijkingen in een elektromagnetische simulatie onthult vaak problemen in het computergeheugen en de kracht, omdat ze meestal alleen kunnen worden gedaan op supercomputers door voor elk moment van tijd in een geheel domein te stappen, de Maxwell-vergelijkingen op te lossen terwijl ze gaan of split-stappen met behulp van tijd iteraties en snelle Fourier-transformaties. In vloeistofmechanica kan de grensmethode of "methode van momenten" (MOM) worden toegepast om technische problemen, akoestiek en elektromagnetica op te lossen. Dit richt zich alleen berekeningen op de grensgebieden van een ruimte in plaats van de volumewaarden bij elke tijdstap van de gehele ruimte.

Een magnetron in de keuken is analoog aan wat bekend isAls een Faraday -kooi, die illustreert hoe een elektromagnetisch simulatiemodel nuttig kan zijn bij elektromagnetische bescherming. Elektrische stromen kunnen worden geblokkeerd door metalen wanden of andere dergelijke afschermingsapparaten, terwijl magnetische stromen alleen rond de obstructie kunnen worden verplaatst. In de kooi van Faraday, wanneer de wanden van de kooi zijn geaard, wordt het pad van een elektrische stroom verstoord door elektronen die als elektrische ladingsdragers in een gaaspatroon werken en het veld compenseren; Hierdoor wordt de elektrische stroom verdwenen. Net zoals het mesh -scherm aan de voorkant van een magnetrondeur magnetrons van het apparaat blokkeren omdat magnetrons groter zijn dan de kleine gaten in het gaas, kan een elektromagnetische mesh -simulatie een goede beschermende afscherming van elektrische stromen ontwerpen.

Een elektromagnetische simulatiemethode die Maxwell -vergelijkingen oplost door een moment door een elektrisch veld te fietsen en vervolgens door een magnetisch veld te fietsen voor het volgende moment en herhaaldelijk afwisselend OVER en opnieuw staat bekend als de FDTD-methode (FDTD) de eindige-verschil (FDTD) voor het produceren van simulaties. EM -golfinteractie met materiaalstructuren Engineeringproblemen zijn door deze methode meer dan elke andere in de VS opgelost sinds rond 1990. Het wordt gebruikt bij het oplossen van radar -handtekeningtechnologieën, draadloze technologieën en biomedische beeldvorming, gewoon om een ​​paar van het toepasselijke gebruik te noemen.

Golfmodellering voor elektromagnetische simulatie en analyse van circuits kan worden uitgevoerd met behulp van het gedeeltelijke element equivalent circuit (PEEC) driedimensionale (3-D) full-wave modelleringsmethode. Integrale vergelijkingen worden geïnterpreteerd als de spanningswet van Kirchhoff en worden, met behulp van PEEC, toegepast op een PEEC-cel die de 3D-geometrieën oplossing van een compleet circuit geeft, waardoor extra circuits kunnen worden gesteund op het directe stroomontwerp. Het gebruik van modellen zoals deze in elektromagnetische simulatie bespaart tijd en geldkosten bij de productie van geïntegreerde circuits.

College Physics DepartmETS beginnen gebruik te maken van videogames die zijn ontworpen om studenten lessen te geven via elektromagnetische simulatie om de studenten visueel de fenomenen van fysica -representaties visueel weer te geven. Dit kan studenten helpen een beter begrip te krijgen van concepten en hun hersenervaringen te bieden die aan hen zwakke punten onthullen in hun eigen begrip en de stappen om deze te versterken. Zowel studenten als instructeurs hebben ontdekt dat zowel sneller als meer diepgaand leren kan worden vergemakkelijkt met behulp van real-world voorbeelden van fysica-conceptoplossing door middel van elektromagnetische simulatiesoftware.