FEM Vs Mom - een discussie

[Arunkumar]

FEM en MoM zijn de twee belangrijkste numerieke technieken die todays EM Modeling vertrouwen.Ik weet dat de tijd die beide numerieke technieken hoog is en veel geheugen verbruikt ook.Over het algemeen zijn de resultaten van FEM veel beter als experimenteel dan de vergelijking die zijn geproduceerd door mam.Ik heb een paar van real-time feiten / redenen die bewijzen FEM (eindige elementen modellering) beter presteert dan MoM (methode van momenten).

 

[Rautio]

Hi Arunkumar - FEM is een volume weven aanpak.MoM is meestal een oppervlak weven aanpak.Deel weven is meer geschikt voor de meeste 3-D willekeurige geometrieën.MoM is vaak gespecialiseerd op vlak geometrieën en is meer geschikt voor de meeste vlakke meetkunde.

In de meeste (maar niet helemaal alle) gevallen, acht ik toepassing van enige omvang weven techniek om planaire circuits worden een out-and-out fout, een ernstige fout in technisch oordeel.

De exacte Hetzelfde geldt (voor veel gevallen) in omgekeerde richting, als je een vlakke MoM instrument van toepassing op de 3-D willekeurige structuren.(U kunt niet zeggen wat voor soort structuur die u probeert te analyseren.)

Het is OK om sceptisch te zijn over mijn uitspraken hierboven.Ik heb echter ook hoop dat u ervoor kiest om sceptisch te zijn over wie maakte de deken verklaring dat FEM is beter dan mam.

Welke is beter is eenvoudig te testen voor jezelf.Om te zien dat MoM beter is, kies dan een eenvoudige vlakke structuur, bijvoorbeeld, een lengte van de transmissielijn.Als u striplijn gebruik (grond-diëlektrische-transmission line-diëlektrische-grond), er is zelfs een exacte antwoord.Analyseer het in elk volume Mesher, en in elk oppervlak Mesher (u een gratis oppervlak Mesher kan krijgen van mijn bedrijf www.sonnetsoftware.com, gewoon downloaden, er is geen tijd-out).Stel ongeveer dezelfde grootte weven in beide tools.De MoM instrument vergt voor typische maaswijdte, goed onder een seconde voor een dergelijk eenvoudig probleem.Afhankelijk van uw gekozen geometrie, zal het volume Mesher nemen 100x of 1000x langer te analyseren voor dezelfde weven dichtheid.

Nu, kijk naar de huidige verdeling.De MoM huidige verdeling zal doorgaans glad zijn, met sterke stroming op alle scherpe randen, en hebben een gezonde fysieke verschijning.Controleer dan of het volume weven huidige verdeling.Als het ziet er haveloos en ontbeert een sterke hoge stroom op scherpe randen (vereist door de vergelijkingen van Maxwell), moet u aan verfijning van de oplossing en / of weven nog verder.Dit maakt de analyse gaan nog langer.

Als u wilt dat volume weven bewijzen is beter, doe je hetzelfde als hierboven, alleen maar kiezen uit een 3-D willekeurige structuur (zeg, een coax naar golfgeleider adapter).

Zo nu en dan ik lopen over dit idee dat volume weven (FEM in het bijzonder) is beter dan mam.Dit is het geval als het probleem geschikt is voor volume weven en is niet geschikt voor mam.Maar voor planaire circuits, en voor planaire MoM, MOM (eventuele MoM!) Is verreweg (ordes van grootte) beter dan het volume weven in zowel de nauwkeurigheid en snelheid.(Omdat elke benadering van zowel de voor-en nadelen voor verschillende soorten problemen heeft, ik vaak adviseren dat een twee moeten krijgen, als budget toestaat.)

 

[irfan1]

Geachte Rautio,
Welk instrument zou beter zijn voor metalen alleen structuren?FDTD?FEM?MOM?Om precies te zijn, laten we zeggen we hebben een metalen rooster met een gat op en we willen deze structuur te simuleren.Het metaal heeft een bepaalde dikte.

 

[Rautio]

Hi Irfan1 - Ik denk dat je bedoelt metallic lege ruimte (dwz geen diëlektrische).Als het een gaas, dan zou ik ernstig overwegen een van de NEC (elektromagnetische numerieke code), ontworpen voor draad antennes.Net behandelen je net als een draad antenne.NEC-code prijzen variëren van gratis tot enkele duizenden dollars, veel goedkoper dan commerciële EM-codes (zoals onze eigen Sonnet).

Als je brede band resultaten, zou ik aanbevelen FDTD (Finite Difference Time Domain), of, spec.zijn naaste verwant FIT (Finite Integratie Techniek).Naar mijn mening FIT is meestal beter (dat is de reden waarom wij vertegenwoordigen de marktleider als commercieel instrument, CST, in Noord-Amerika), maar zeker is er ruimte voor verschillende meningen over dit onderwerp, en het is ook probleem afhankelijk.

Ik wil meer informatie nodig over uw specifieke probleem en wat voor resultaten je nodig hebt om een betere aanbeveling te doen.Aanvullende informatie kan helemaal mijn Aanbevelingen.

 

[adel_48]

Hoi,

met betrekking tot MoM en FEM, heb ik geprogrammeerd beide methoden, ben ik het eens met de heer Rautio dat mam is beter, maar het aantal mazen cellen is niet de enige factor, aangezien FEM cellen zijn groot en de matrix is zeer groot, maar het is meestal een dun matrix en kan eenvoudig worden opgelost met behulp van iteratieve solvers in tegenstelling tot de dichte en slecht-geconditioneerde matrices die over het algemeen het gevolg zijn van Mam, er zijn ook geen tijdrovend enkelvoud en gewone integraties, zoals de moeder.Ook in MoM de excitatie modellering is over het algemeen een probleem en we moeten de exacte excitatie-model (bijvoorbeeld een golfgeleider opgewonden met TE10 of een coaxiale opgewonden met TEM golf zou te moeilijk zijn om model in MoM) Ook voor Microstrip structuren MoM vereist de - inbedding stelsels die in sommige gevallen merkgebonden.

Ik denk echter dat het voor grote open structuren die vereist niet al te veel oppervlak meshcells MoM moet de methode worden (zowel met betrekking tot nauwkeurigheid en tijd), voor kleine gesloten structuren (bijv. holten of wg filters) ik zou aanraden FEM.Voor homogene media en / of te veel interfaces FEM of FDTD moet worden gebruikt overeenkomstig de frequentieband van de structuur.

Met vriendelijke groet,
Adel

 

[Rautio]

Hi Adel_48 - Ik ben het eens met de meeste van uw opmerkingen.Echter, voor vlakke structuren in een afgeschermde omgeving, de functie van de Groene is een som van sinus en cosinus.Er zijn geen vervelende integraties (zoals er in afgeschermde omgeving).Bovendien planar MoM is een 4-D-integratie (2-D over de bron onderafdeling en 2-D over het veld onderafdeling).In unshielded moet dit worden numeriek gedaan.In afgeschermde Mam, de Sines in functie van de Groene gewoon naar gezelligheid, enz. Al het veld / bron integratie is analytisch gedaan.Het enige dat overblijft te doen is het bedrag de sinus en cosinus, en dat is gedaan met de FFT.

Je bent juist dat de meeste van de de-inbedding gedaan in vlakke MoM is onze eigendom.Sonnet (mijn bedrijf) is een uitzondering, met alle de-inbedding volledig gepubliceerd.FEM, weven en andere volume-instellingen kan inderdaad lancering van een vlakke golf of een TEM-modus, enz., en dan geen de-verankering nodig is.Dit is inderdaad een voordeel wanneer het kan worden gedaan.Echter, in de lancering van golven in inhomogeous media (met verlies of met meer dan een diëlektrische constante), Zo is niet bekend.Ze moeten berekenen, uitgaande van wat u wilt weten wat uw Zo S-parameters zijn genormaliseerd.Dit komt ongeveer overeen met planaire MoM de-inbedding.Het probleem is de definitie van fuzzy Zo is voor deze gevallen, verschillen van meer dan 10% mogelijk zijn zonder veel moeite.Deze verschillen dragen rechtstreeks bij aan de onzekerheid in de resulterende gegevens.

In tegenstelling, de Sonnet de-inbedding geen gebruik maakt van Zo op de de-insluiten.Dit lijkt misschien een heel vreemde verklaring als je gewend bent om alleen de reizen golf concept voor de-inbedding.Sonnet maakt geen gebruik van dat ofwel.Ik zal blij zijn om u een verwijzing of twee om te lezen als u geïnteresseerd bent.

Voor willekeurige structuren in een afgeschermde omgeving, een of andere van het volume weven instrumenten zou het beste zijn.Kunnen worden FEM.Zou niet.Afhankelijk van het probleem.

 

[adel_48]

Geachte Dr Rautio,

Dank u Dr Rautio, Eigenlijk heb je mij opnieuw een heel belangrijk punt, aangezien de meeste van mijn werk is op de antennes dus ik vooral geïnteresseerd was in de functies van de groene ruimte, die enkelvoud worden voor sommige cellen en in de meeste gevallen niet gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd , en dus de meeste van mijn ideeën waren gebaseerd op deze.

Ik ben het volledig met u eens dat in een gesloten structuur van de integraties van de functies groen zijn veel eenvoudiger en kan gemakkelijk worden gedaan.

Maar toch zijn er enkele MoM gebaseerd commerciële software zoals wipl-D die de functies van de vrije ruimte en groen IE3D welke functies de gelaagde media groene's gebruikt gebruikt.

Ik denk dat de aanname van de gesloten structuur niet geldig mocht zijn voor speciale vlakke structuren bijvoorbeeld wanneer er een stralende sleuf in de grond bevinden.Ik heb ooit een gesimuleerde DGS op Magnetron Office (MoM op basis van een simulator die ervan uitgaat gesloten structuur), de resultaten waren niet dezelfde als de metingen, dus gebruikte ik Magnetron Studio eenmaal met een perfecte conidtions E begrenzing (en gaf ongeveer dezelfde resultaten als Magnetron kantoor) en de andere met open randvoorwaarden die een zeer goede overeenkomst met de metingen had.

Eigenlijk ben ik zeer geïnteresseerd in de de-inbedding techniek die gebruikt wordt in sonnet software.Ik zal blij zijn als je kan me sommige bronnen over.Een vriend van mij gebruikt sonnet in zijn vlakke structuren (voornamelijk co-planaire met multi-layer) en hij krijgt zeer goede resultaten gebruiken.

Ook is er een klein punt dat ik geen melding geeft over FDTD, het probleem als de lancering van een modus in het tijdsdomein.Voor niet-dispersieve gesloten structuren, is vrij eenvoudig, maar voor de lancering van de dispersieve structuren modi lancering van de modi kan leiden tot onnauwkeurige resultaten.Ik heb eens geprobeerd te simuleren een diëlektrische staafantenne met behulp van FDTD, maar ik werd geconfronteerd met een groot probleem, aangezien de dwarse veld verdeling in de haven verandert met frequentie (bij lage frequenties het veld is geconcentreerd buiten de staaf, voor hogere frequenties wordt het geconcentreerd in het ), en de enige methode die kan worden gedaan is ofwel de-Embedding (wat ik niet weet hoe te voeren in een dergelijk geval te wijten aan de sterke dispersieve eigenschappen van de structuur in de haven) of door het nemen van de inverse Fourier-transformatie van de analytisch gebied distributie, vermenigvuldigd met een Gaussische pols in het frequentie-domein en gebruik deze om de structuur in het tijdsdomein prikkelen, maar ik heb geen enkele commerciële FDTD software die deze methode gebruikt.Ik denk dat in een dergelijk geval domein fequency technieken zoals FEM of fdfd zijn de enige manier.

Met vriendelijke groet,
Adel

 

[Rautio]

Hi Adel - Bedankt voor het zorgvuldig overwegen mijn opmerkingen, en voor het verstrekken van uw opmerkingen.

Ik heb alleen een hoog niveau begrip van FDTD, dus ik kan geen commentaar geven op uw gedetailleerde opmerkingen daar, maar uw opmerkingen doen zeker redelijk goed voor mij.Het is zeker heel erg duidelijk dat het beperken van een zelf aan slechts een of twee EM-instrumenten is vaak een grote fout.

Wat papers over Sonnet de-inbedding, de meest recente is:

James C. Rautio en Vladimir I. Okhmatovski, "Unification van Double-Delay en SOC elektromagnetische Deembedding," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.53, nr. 9, september 2005, pp 2892-2898.

en mijn originele papieren is:

JC Rautio, "Een De-Embedding Algoritme Electromagnetics," International Journal of Microwave & Millimeter Wave-Computer-Aided Engineering, Vol.1, nr. 3, juli 1991, pp.282-287.

Ik heb ook het probleem van de-inbedding interne poorten precies.Interne havens zijn belangrijk voor SMD, transistors in RFIC, en zelfs in de macht FET modellering.(Just afgelopen donderdag, een zeer goed geïnformeerde EM onderzoeker vertelde me dat een dergelijke oplossing onmogelijk is!) Het papier is:

James C. Rautio, "Deembedding het effect van een lokale Ground Plane in elektromagnetische Analysis," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.53, nr. 2, februari 2005, pp.770 tot 776.

Wilt u meer artikelen over Sonnet, ga naar www.sonnetsoftware.com, klikt u op Producten-> Sonnet Bibliografie.U kunt de eerste en de derde papieren uit IEEE Xplore, of ik kan een pdf van een van deze e-mail naar u, laat mij uw e-mailadres of e-mail een verzoek naar info (at) sonnetsoftware.com.

Voor de terminologie, ik nu zeg altijd "beschermd" en "onbeschermde".Ik praat veel nieuwelingen in de EM en ik heb enige verwarring als we zeggen "gesloten" en "open gevonden".Soms newbies denken "gesloten" betekent Sonnet geen interface naar iets anders, wanneer we eigenlijk interface voor kaders meer dan enig ander gereedschap die er zijn.En aan de andere kant, zijn er verschillende tools die onbeschermd interface met slechts een kader, zijn ze zeker niet "open", ook al zijn ze niet afgeschermd.

Ik heb altijd adviseren met ten minste een afgeschermde en een unshielded tool voor vlakke EM ontwerp.Voor belangrijke ( "moet werken de eerste keer") ontwerpt, dient men te analyseren, zowel het circuit in, zoals u hebt gedaan.Eventuele verschillen moeten worden begrepen voordat hij naar fabricage.In het geval u beschreven, zou ik denk dat de afgeschermde analyse gaf een betere afstemming met de meting omdat je het niet afgeschermd gemeten.Als dit het geval is, dan kunnen we concluderen dat de doos zijwanden in uw afgeschermde analyse enig effect hebben op het circuit.Dit betekent dat de velden van uw circuit uit te breiden naar waar de doos zijwanden zijn.Dit betekent dat als u andere elektronische componenten plaats op die afstand, kunnen zij zich te koppelen aan uw route.Dit is belangrijk om te beseffen voor fabricage.Je wilt niet te hebben de systeemintegratie mensen die nadat u met honkbalknuppels!Analyse met zowel afgeschermde en unshielded kun je correcties aan te brengen vóór de fabricage.