CST MWS輻射邊界問題
請問輻射邊界設置為PEC邊界是不是比用吸收邊界open仿真時間長?
影響仿真時間的主要因素是網格數目(模型大小,網格剖分),求解精度,激勵時間(T)和帶寬設置。個人認為和吸收邊界關系不大哦!
首先,依照樓主的描述,是“邊界條件”不是“輻射邊界”;CST也沒有“PEC邊界”。
其次,按照CST官方的說法,閉合邊界條件的仿真速度稍快于開放邊界條件,所以樓主說反了。
那個官方具體是怎么說的?反正我仿真的時候閉合邊界條件諧振性通常很強,能量很長時間才能降下來,所以開放邊界條件的仿真速度更快
輻射邊界適用于天線仿真問題,就是open(add space),這樣在仿真時天線輻射信號到達邊界時被完全吸收,沒有反射回來,以此來模擬自由空間條件。這種邊界就是在實際邊界以外增加PML(理想匹配層),電磁波在PML中傳播會被完全吸收,有點類似于微波暗室里的吸波材料一樣。邊界條件為PEC,實際上就是在邊界位置圍上一層金屬盒子,就如同帶有盒體的微波器件,如功分器、合成器、濾波器等可以在合適的情況下設置PEC的邊界。open邊界類似opem(add space),只是邊界與模型外表面貼合在一起,而不增加一段空間,此時如果是天線仿真問題,那么輻射信號還未穩定就到達吸收邊界,不符合實際情況,所以一般算天線是用open(add space)而不是open。
對于1樓和2樓說法,我認為都對,主要還是和計算區域有關,如果設置為open或者open(add space)那么在模型區域以外又增加了PML,這樣計算區域變大,網格數就增加了,其他條件不變,時間就變長了。
3樓說法,是因為使用了PEC后,就相當于計算的模型在一個腔體內,如果模型是一個Q值比較高的模型,那么計算時激勵端口輸入的電磁波信號,在腔體內不停震蕩,無法快速衰減,1D結果里energy沒法下降到你指定的-30dB或者其他dB以下(使用T-solver時要指定這個判定收斂的條件,在對話框的左上方)。那么軟件認為未達到收斂條件就一直算下去,直到達到指定dB或者達到規定的激勵脈沖數,軟件就不計算了,但達到第二個條件停止計算時信息欄中會有warning信息表示能量還未收斂,計算結果不一定準確。如果是開放邊界,那么計算模型的腔體就很大,原先高Q值的模型也就不容易震蕩,能量會很快衰減到指定dB數,因此就會覺得仿真速度快樂。
建議設置邊界條件還是要根據實際情況來定義,一般情況下,天線問題六個邊界都是open(add space),除非有無限大接地面,這個面所在邊界可以設置為磁壁(不建議設為電壁,因為電壁相對于PEC,而實際地面不是PEC,而是有一定的電導率等特性參數,并且沙地、草地、水泥地等之間參數還不相同)。對于腔體器件,端口所在的面設置為磁壁(我理解磁壁相當于這面沒有額外約束條件,模型定義什么樣就是什么樣,或者就是一個空氣面在這里),其他面如腔體上下面可以設置為電壁,相當于盒體的金屬板。同軸線和波導也是如此,兩端端口設為磁壁,其他面為電壁。其他周期邊界、導體墻以及細胞單元,一般用于陣列或周期性結構模型等,計算單個模型是用不到的。
另外要活用對稱面,可以縮短仿真時間,但對稱面設置要符合實際場分布,否則會導致電磁波無法傳播,還有對稱面設置不能把整個端口都對稱掉,這樣就會報錯。比如同軸線結構,z為軸向,那么xz和yz可以設置為磁壁(電場平行于對稱面),但xy不能設對稱面,否則就只有一個端口被計算而另一個端口沒了。波導結構,z為軸向,x軸方向為寬邊,y軸方向為窄邊,那么xz面可以設置為電壁,yz面設置為磁壁,這樣計算規模為原來的1/4。
CST White Paper 《Boundary and Symmetry Conditions》。
請注意文章說的是非特殊情況,請不要把自己特別的模型硬套在描述普通情況的文字里:
The advantages of closed boundary conditions are that they have very low memory requirements and generally are also very fast. The disadvantage is that waves can be reflected back and forth between multiple closed boundaries. The energy of the wave is then effectively trapped in the system. This effect (also known as “box resonance”) has a negative impact on the transient (T) solver‟s performance. If possible, these resonances should be shifted out of the frequency interval of interest, for example by varying the distance between the closed boundaries.
如果你仿真的就是腔體問題最好用PEC邊界,這樣最快,算法上直接將邊界切向電場置為0即可。而open邊界其實是加入了若干層吸收邊界的結果,吸收層數可在軟件中設置,加的越多吸收效果越好,但仿真時間越長。
如果是使用T求解器且是諧振結構,會出現這個問題,但前提是不應該和邊界諧振啊。邊界條件的設置還要參考實際使用中什么樣的
如果實際使用中是在金屬盒子內,那可以設置為電壁,如果實際是開放使用的,那么就應該設置為open或open add space
具體怎么忘記了,但可以這樣理解,對于同樣的網格、計算區域,頻率范圍,設置電壁時只計算到邊界就可以了,而設置為open邊界時,還需要繼續幾層PML,所以會慢一點
其他條件相同的情況下,計算時間還是和計算區域大小成正比的,PEC邊界就是模型空間,open邊界在模型空間外面增加了PML層,open(add space)除了增加PML層以外,還在模型空間和PML層之間增加一段空間,因此同樣的模型計算區域從PEC邊界到open邊界再到open(add space)邊界逐漸增大。計算時間也逐漸變長。