計(jì)算電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及數(shù)值方法匯總
由于實(shí)際問題的多樣性,單獨(dú)使用以上介紹的方法可能并不能滿足需要,比如涂敷介質(zhì)的目標(biāo)、印刷電路板及微帶天線的輻射散射/EMC分析、帶復(fù)雜腔體和縫隙結(jié)構(gòu)的目標(biāo)的散射等等。因此工程界常常將各種方法搭配起來(lái)使用,形成各種混合方法。常見的混合方法包括邊界積分方程與體積分方程/微分方法混合、高頻近似方法與低頻精確方法的混合、解析方法與數(shù)值方法的混合等。
高頻方法與低頻方法的混合技術(shù)一般針對(duì)含有復(fù)雜細(xì)節(jié)的電大尺寸目標(biāo)而提出的。由于完全使用低頻的精確方法來(lái)處理電大尺寸部分往往超出了目前計(jì)算機(jī)的能力,而單純使用高頻方法又得不到足夠精確的近場(chǎng),所以這種分而治之的折中方案就出現(xiàn)了。常用的混合方法包括彈跳射線法/矩量法混合(SBR/MoM)、物理繞射理論/矩量法混合(PTD/MoM)、幾何繞射理論/矩量法混合(GTD/MOM)等等。當(dāng)然,引入了高頻近似,贏得了速度和空間,同時(shí)在一定程度上也損失了精度。
除了上述幾種混合方法之外,將解析方法和數(shù)值方法混合也是一種非常有用的方法。比如二維非均勻介質(zhì)電磁問題中將二維的數(shù)值計(jì)算轉(zhuǎn)化為徑向本征模式展開與縱向的解析遞推的數(shù)值模式匹配法(NMM)以及對(duì)于n維偏微分方程先使用(n一l)維數(shù)值離散轉(zhuǎn)化為常微分方程后再用解析方法求其通解的直線法都是很好的例子。
(6) 算法的快速求解
快速算法:快速算法是為了解決矩量法求解過程中存儲(chǔ)量和計(jì)算量過大的問題而出現(xiàn)的。近年來(lái),許多學(xué)者致力于精確方法的快速求解以滿足工程中日益增長(zhǎng)的對(duì)電大尺寸復(fù)雜物體精確模擬之需要。由于矩量法產(chǎn)生的是一個(gè)滿陣,存儲(chǔ)量為O( N2),采用直接求解的計(jì)算復(fù)雜度為O (N3),采用迭代求解的計(jì)算復(fù)雜度為O( N2),當(dāng)未知量N增大的時(shí)候,存儲(chǔ)量和計(jì)算量都會(huì)快速增加,這極大的限制了其求解能力。而某些基于矩量法的快速算法,如多層快速多極子算法,可以成功得將存儲(chǔ)量和計(jì)算復(fù)雜度分別降到O (N)和O (N logN)量級(jí),極大的擴(kuò)大了其求解能力。這些方法主要有基于分組思想的快速多極子方法(FMM),多層快速多極子算法(MLFMA),快速非均勻平面波算法(FIPWA),自適應(yīng)積分方法(AIM),共軛梯度快速傅立葉變換(CG-FFT)等方法。
并行計(jì)算,也稱之為高性能計(jì)算,則是在現(xiàn)有的算法基礎(chǔ)上,增加計(jì)算資源等硬件設(shè)施,把待求解的問題分解為許多小問題,分別在不同的處理器上求解,通過網(wǎng)絡(luò)等方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信,最后得到需要的解,從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合求解大問題。并行計(jì)算機(jī)從上世紀(jì)中期出現(xiàn)以來(lái),出現(xiàn)了很多種不同的體系,主要有并行向量機(jī)(PVP),對(duì)稱多處理機(jī)(SMP),大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP),集群(Cluster),分布式共享存儲(chǔ)多處理機(jī)(DSM)等。