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关于CST的I求解器的精度问题

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
很少用CST的I求解器,最近计算一个穿越自由空间的传输问题,T求解器速度太慢,所以考虑用I求解器,但遇到了结果精度问题,在此请教大神。
1.首先是发现i求解器定义精度的地方起码有三处,不太清楚都是什么精度,首先I求解器主界面上的一个数值,应该是迭代的residual,点开special里面左上角还有一个有关精度的(手边没有cst,只记得下拉框1st low memory,2nd good accuracy什么的),右下角还有关于MLFMM精度的一个下拉框,当然界面上还有一个复选框是使用双精度也和精度有关,这个明白,其他的2个关系到哪一部分精度不是很清楚。
2.采用i求解器默认值主界面上1e-3,special里面左上角是1st,右下角mlfmm那个好像也是第一项,计算设置好的模型(模型大致是两个天线相向放置,中间隔开一定的距离,一个发射一个接受,求一个频点的S21,类似耦合问题),I求解器默认(auto)采用MLFMM算法计算,发现每次求解结果都不一样,S21大概在-19dB左右,(我记得差别能有正负0.5dB,我认为这对数值求解来说是不可接受的),每次迭代的次数(达到收敛条件)也不同,residual也不同。改成1e-4之后情况好了一些,再更改special内的两个,一个改成2nd good accuracy(改成3rd后计算会很慢很慢),MLFMM精度改成high accuracy之后,结果稳定了很多(和此前默认精度的结果也有差别,大概-18dB),但还是会有变化,基本上在有效数字后4位了。我不太清楚CST的I求解器在什么地方有随机性,才会出现这种每次计算结果都会有差别的情况。另:利用FEKO计算同一问题,默认3e-3精度,每次的residual都不会变化,当然结果也很稳定。
3.使用direct MOM算法计算的结果在-14dB左右,和MLFMM差别较大,但结果很稳定,每次计算结果都一样。
4.i求解器的结果和t求解器的结果有一定差别,这个倒是可是接受,即使T求解器,网格划分不同结果也会有所不同,另:FEKO计算结果和T求解器的倒是比较接近,在-18dB左右。
5.但是我进行参数扫描(移动其中一个天线的位置)观察S21时,用MOM算出的结果整体趋势和T求解器得出的结果差别很大,根本无法接受(前提是T求解器的结果是正确的,经过验证的),用MLFMM得到的结果虽然趋势上和T求解器的结果相近,但S21较小的情况下差别还是较大,而且精度的MLFMM的结果,在明显对称的位置上得到的结果不一样,低端有些震荡趋势,不可信,高精度的虽然稳定了,还是和T求解器有不小差别。
6.另外试了cst自带的i求解器的例子,计算一个天线的s11,也会有这种现象。
注:以上仿真全部使用cst2011(忘了是sp几了),默认网格划分(没什么特别的结构,普通的喇叭天线),采用waveguide port馈电。
望大神帮忙给些解释,谢谢。

没人帮忙,看帮助文档大概能了解一些这些精度代表什么,但还是不知道为什么每次计算都会不同

找到了feko参数扫描的方法,发现结果还是没有cst时域求解器的结果好,明明该对称的两端数值不一样,,比最大值低20db后和cst时域结果差别大一些,曲线有振荡现象,不平滑,左右该对称的不对称,是不是积分方程算法就不适合这种问题呢?
另:还是不知道cst的i求解器为什么每次计算结果都不一样

这种大尺度的天线耦合问题还就是MOM方法最适合。了解了各种算法的原理就好解释你遇到的各种情况了。
I算法是高频渐进方法,采用SBR,弹跳射线方法,类似于光线的传播和反射,射线条数和反射次数你是自己可选的,当然条数越多,反射次数越多计算量会增大,但精度却不一定就增加。这也是高频算法本身的问题,你采用这种方法就应该知道它可能的问题。
MLFMM是采用迭代方法求解矩阵方程,当然迭代法的初始值和残差都会影响最终的计算结果。
direct MOM是采用直接法求解矩阵方程,也就是对稠密矩阵直接做LU分解,这样做虽然计算量大,占用内存大但是精度能保证很高,并且解稳定。
总之,必须根据你的问题和需求确定计算的策略。

首先谢谢回复,等了好久,这几天都没时间看看
不过我还有些问题
1.这个问题尺度并不大,就是一个20dB的标准增益喇叭天线(我用的8.212.4GHz)加一个标准开口波导,对积分算法来说不算电大问题了,用T求解器比较慢是因为我要扩展出1m*1m的外空间
2.i算法(应该是指我说的CST中的i求解器吧)不是高频渐进方法,A求解器才是
3.MLFMM是迭代求解的,“当然迭代法的初始值和残差都会影响最终的计算结果”这个我完全同意,但是我的意思是“在不改变任何设置的情况下,MLFMM每次计算结果都不一样”
4.MOM的直接解法你的观点我也同意,但在试验我的问题时,稳定但不正确。
谢谢

问题1:和 FEKO对比,I求解器的三个精度设置意义分别是收敛终止条件、变量单精度双精度运算(关乎内存占用,和编程中单精度和双精度一个概念,一般采用单精度就够用了),另外一个关乎网格数,准确度越低支持的网格步长越长,计算时间相对越短。这些前两个FEKO中均有体现,而准确度的设定在FEKO的版本更迭中隐含了。

问题2:这个问题理论上不应该出现,我想知道小编是采用的远场源还是带结构进去算的,如果远场源的话应该不会有此问题。关乎算法本身,I求解器没有采用混合算法,这种电尺寸的问题建议采用时域求解,I计算电大尺寸的,另外如果结构中有腔体或者能量多次反射的情况下使用MLFMM是不合适的,这是算法的缺陷,不是软件问题,这种问题无论是CST的I还是FEKO都算不准。还有计算天线耦合度的时候在-19dB有0.5dB左右的偏差工程上是可以接受的吧?

问题3:直接矩量法的话计算要仔细设置网格(FEKO中也一样),网格模型变化的话,算出来的结果会变化的,我觉得直接矩量法的话网格不妨密一点,默认的一个波长剖三个网格精度不够

问题4:这些算法都需要设计师介入网格划分,而不是HFSS或者CST的F求解器傻瓜自适应加密就行了的,网格模型的变化难免会导致计算效率和结果变化,这个要靠经验积累的,目前我也在学习

问题5:天线相对位置的变化结果发生变化,根本上就是耦合强度的变化,算法在求解各天线的方向图的准确性(不仅仅是主瓣区域,包括电平较低的旁瓣和尾瓣),我觉得不妨用时域来算,和之前模型一样,不同的求解器求解应该可以相互验证的。


谢谢回复,好久没来了
谢谢这么耐心的解答,关于精度的问题,三个精度是指除去单双精度运算还有三个,第一个是i求解器主界面上的是收敛终止条件(也就是残差吧),第二个那个1st,2nd什么的下拉列表(点开special左上角)是关乎网格数的吗?
那第三个MLFMM(点开special右下角)是什么呢?

这个确实出现了,采用的是波端口源(就是上面说的waveguide port),结构中算不上有腔体或多次反射,就是个天线耦合问题,-19dB有0.5dB偏差在工程上可以接受,但在我没有变动任何参数,无任何随机变量的情况下进行数值计算,这个结果我认为是不可接受的

嗯,这个我确实没改,FEKO也用的是默认的,不过算的结果要好一些,最起码趋势是对的

我也是考虑模型都很普通,此前单独算其中的任何一个都是默认的就行,t求解器求耦合也没问题,也是为了试验i求解器,所以没人工干预。

如1楼,t求解器算过了,只是慢,结果很好,正是因为i求解器的结果和t求解器对应不起来,所以才测试i求解器

另:FEKO参数扫描我找到方法了,和cst高精度的MLFMM类似问题,在明显对称的位置上得到的结果不一样,FEKO的好处是每次计算结果都一样

看了一会这个帖子,几个问题想了解一下:
1、小编说计算的时候,CST的I求解器(无论MOM还是MLFMM)每次的计算结果都不一样?这个我可从来没遇见过,我现在在想的是,是不是我的论文都得算无效了。
2、什么算法更适合,这个问题我认为如果是窄带,单频点且电小,FEM和MOM都可以,不过CST的MOM和FEM以前在端口设置上需要盖上一个金属brick方能算是端口设置正确,现在不知道是否还是这样;如果是宽带,关注全频段S21,那么还是时域合适。至于小编非要设置一个1m的边界距离,我觉得没必要,因为CST的时域算法的PML层虽然不那么完美,但是也能做到0.001的反射系数,即-30dB,我觉得够用了,对于误差的引入可以说是忽略不计的,因此按照默认的1/4波长即可,不然浪费的网格和时间都挺可惜。
3、我曾经验证过CST的MOM、FEM、FIT和TLM在一个带细缝的机箱辐射问题上的精确度和时间比较,经过一番调整,所有的精度都到了可接受的程度,但是MOM和FEM的资源消耗确实远大于了FIT和TLM,因为我一直在做EMC方面的东西,所以后来就再也没用过其他几个求解器。

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