Vad är elektromagnetisk simulering?

Genom att använda ungefärliga beräkningar till Maxwells ekvationer och Faradays lag är elektromagnetiska simuleringar modeller av elektromagnetik och deras effekter på miljön och fysiska strukturer om dem. En elektromagnetisk simulering kan användas för att rikta en satellitantenn i rätt riktning för maximala kanaler och tydlighet och bedöma dess prestanda eller för att bestämma vågutbredning när den inte är i fritt utrymme. Dessa simuleringar kan hjälpa till med effektiv design av datorchips och peka på hur man kan förbättra prestanda inom större elektronik genom att hitta kompatibiliteten hos komponenter i dem. Elektromagnetisk strålning som tas upp och sprids och sedan absorberas av små partiklar används i simuleringar för vetenskapsprojekt vid European Organisation for Nuclear Research (CERN) laboratorier för sina partikelacceleratorprojekt. Elektromagnetiska simuleringsprogram används också som verktyg i universitetsfysiklabor för att undervisa mer effektivt när eleverna får praktisk erfarenhet av att lösa problem med att använda dem.

Att lösa Maxwells ekvationer vid varje punkt i ett ortogonalt eller icke-ortogonalt rutnät är en av vägarna att använda rutnät för att diskretisera rymden genom att skapa en topologisk undersökning av rymden. Att lösa dessa ekvationer i en elektromagnetisk simulering avslöjar ofta problem i datorminne och effekt, eftersom de vanligtvis bara kan göras på superdatorer genom tidsstegning för varje ögonblick av tiden genom en hel domän, lösa Maxwell-ekvationerna när de går eller delas med hjälp av tids iterationer och snabba Fourier-omvandlingar. I fluidmekanik kan gränsmetoden eller "metoden för stunder" (MoM) tillämpas för att lösa tekniska problem, akustik och elektromagnetik. Detta fokuserar beräkningar endast på gränsområdena i ett utrymme snarare än volymvärdena vid varje steg i hela utrymmet.

En köksmikrovågsugn är analog med den som kallas en Faraday-bur, som illustrerar hur en elektromagnetisk simuleringsmodell kan vara användbar i elektromagnetiskt skydd. Elektriska strömmar kan blockeras av metallväggar eller andra sådana skärmningsanordningar medan magnetiska strömmar bara kan flyttas runt hindret. I Faradays bur, när väggarna i buren är jordade, störs en elektrisk strömbana av elektroner som fungerar som elektriska laddningsbärare i ett nätmönster och kompenserar för fältet; detta får den elektriska strömmen att spridas. Precis som nätskärmen på framsidan av en mikrovågsdörr blockerar mikrovågor från att undkomma enheten eftersom mikrovågor är större än de små hålen i nätet, kan en elektromagnetisk nät-simulering utforma bra skyddande skydd mot elektriska strömmar.

En elektromagnetisk simuleringsmetod som löser Maxwell-ekvationer genom att cykla genom ett elektriskt fält under ett ögonblick och sedan cykla genom ett magnetfält för nästa ögonblick och upprepade gånger växla om och om igen kallas FDTD-metoden för begränsad tidsskillnad producerar simuleringar. EM-våginteraktion med materialstrukturstekniska problem har lösts med denna metod mer än någon annan i USA sedan omkring 1990. Det används för att lösa för radarsignaturteknologier, trådlös teknik och biomedicinsk avbildning, för att bara nämna några av dess tillämpliga användningsområden .

Vågmodellering för elektromagnetisk simulering och analys av kretsar kan utföras med hjälp av PEEC-dimensionell (3-D) helvågsmodelleringsmetod. Integrerade ekvationer tolkas som Kirchhoffs spänningslagstiftning och använder PEEC på en PEEC-cell som ger 3D-geometri-lösningen av en komplett krets, vilket gör att ytterligare kretsar kan sparas med piggy på likströmskonstruktionen. Att använda sådana modeller i elektromagnetisk simulering sparar kostnader för tid och pengar vid tillverkning av integrerade kretsar.

Högskolans fysikavdelningar börjar använda sig av videospel som är utformade för att ge studenter lektioner via elektromagnetisk simulering för att visuellt föreställa studenterna fenomenen i fysikrepresentationer. Detta kan hjälpa eleverna att få ett bättre grepp om koncept och ge sina hjärnor erfarenheter som avslöjar för dem svagheter i sin egen förståelse och stegen att vidta för att stärka dessa. Både studenter och instruktörer har funnit att både snabbare och mer djupgående inlärning kan underlättas med hjälp av verkliga exempel på fysikkonceptlösning med hjälp av elektromagnetisk simuleringsprogramvara.

ANDRA SPRÅK

Hjälpte den här artikeln dig? Tack för feedbacken Tack för feedbacken

Hur kan vi hjälpa? Hur kan vi hjälpa?