Article interactif

1 - FORMULATIONS D'UN PROBLÈME

2 - MÉTHODES NUMÉRIQUES

3 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : E1030 v2

Simulation électromagnétique - Outils de conception

Auteur(s) : Michel NEY

Relu et validé le 05 janv. 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Les différentes méthodes numériques, sur lesquelles les moteurs des outils de simulation les plus utilisés sont basés, sont brièvement introduites. Les propriétés et caractéristiques sont discutées ainsi que leurs limitations. Toutes ont pour objectif principal la recherche de solutions des équations de Maxwell. Les différentes formulations et méthodes numériques associées, qui font la spécificité des logiciels de simulation, possèdent pour autant avantages et inconvénients. Leurs importances dépendent du problème à résoudre en termes de géométrie, matériaux, fréquences et paramètres recherchés.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Electromagnetic simulation - Design tools

The various numerical methods, upon which most simulation tools are based, are briefly introduced. The properties and characteristics are discussed together with their limitations. Their main objective is to find solutions for Maxwell's equations. The numerous formulations and related numerical methods specific to simulation software present advantages and drawbacks. Their importance depends on the problem to be solved in terms of geometry, materials, frequency and parameters.

Auteur(s)

  • Michel NEY : Professeur à l'Institut Mines-Télécom, TELECOM Bretagne à Brest

INTRODUCTION

Avec l'augmentation de la complexité des circuits en hyperfréquences et en ondes millimétriques et dans tous les dispositifs électroniques en général, il est devenu nécessaire pour les ingénieurs de conception de prédire le comportement de ces systèmes avec des outils de simulation utilisant des modèles rigoureux. Ces derniers sont basés sur les équations qui régissent le champ électromagnétique et qui ont été établies par Maxwell au XIXe siècle. La préoccupation a longtemps porté sur la recherche de solutions de ces équations en présence de géométries quelconques. Si certaines méthodes numériques étaient connues depuis longtemps, leur utilisation était très vite limitée par les faibles moyens de calcul qui existaient alors. Avec le développement rapide des ordinateurs, ces méthodes ainsi que de nouvelles approches ont reçu beaucoup d'attention. Leur développement permet maintenant la résolution de problèmes où la géométrie et les milieux peuvent être quasi arbitraires avec, cependant, des limitations.

Les outils numériques de calcul électromagnétique sont l'élément indispensable à la conception de dispositifs. En effet, ils sont capables de prendre en compte tous les effets de couplage et rayonnement électromagnétique, du moins de façon la plus rigoureuse possible, effets qui ne sont généralement pas négligeables en électrodynamique. Par conséquent, ils doivent intervenir dans la boucle d'une procédure d'optimisation débouchant sur une solution optimale d'un dispositif. Cependant, les ordinateurs ont une puissance de calcul limitée et le coût de calcul croît de façon rapide avec la taille électrique des structures étudiées. Il est encore difficile d'inclure l'analyse électromagnétique directement dans la procédure de conception assistée par ordinateur (CAO). Certes, nous vivons une croissance rapide de la puissance de calcul des ordinateurs qui pour l'instant double environ tous les dix-huit mois. Malheureusement, cette croissance est toujours compensée par l'augmentation de la complexité des systèmes à étudier. On notera que ce constat favorise l'activité de recherche sur l'amélioration de l'efficacité des méthodes de modélisation numérique.

Il serait ambitieux d'établir un survol critique de toutes les méthodes existantes et d'émettre un classement suivant leurs avantages et inconvénients. Nous nous limiterons donc à mentionner les méthodes principales, qui sont le moteur des logiciels commerciaux et de laboratoires les plus connus pour l'analyse électromagnétique des dispositifs. Nous pourrions nous demander pourquoi il est nécessaire d'étudier plusieurs méthodes alors que toutes recherchent le même objectif, c'est-à-dire la résolution des équations de Maxwell. En fait, il se trouve que souvent les équations de Maxwell sont d'abord manipulées pour déboucher sur une équation mieux adaptée au type de problème. Cette étape importante s'appelle la formulation du problème. Ensuite, cette équation est résolue par l'application d'une méthode numérique qui n'est rien d'autre qu'une application de l'analyse numérique. Par conséquent, les avantages d'une méthode par rapport à d'autres dépendent beaucoup du type de problème à résoudre. Principalement, la complexité de la géométrie, les effets non linéaires, la dispersion (dépendance des paramètres avec la fréquence), l'anisotropie, la taille de la structure relativement à la longueur d'onde sont des critères qui vont influer sur son choix. De plus, l'excitation et la grandeur ou le paramètre désiré (distribution des champs ou de courant, rayonnement lointain, fréquence de coupure de guides, etc.) sont aussi des facteurs importants. Par conséquent, la réussite dans la recherche de « la méthode championne » est aussi hypothétique que celle dans la quête du Graal et les classements que l'on pourrait lire dans certains articles relèvent plutôt d'une argumentation de type publicitaire.

Ce dossier s'articule avec d'autres articles du même thème :

  • Bases de l'électromagnétisme [E1 020] ;

  • Structures de guidage HF – Modélisation et calculs [E1 171] ;

  • Simulation électromagnétique – Modèles et optimisation [E1 031].

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

computational electromagnetics   |   Maxwell's equations   |   CAO   |   radar   |   communication   |   electronics   |   microwaves

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1030


Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(232 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(232 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MIKHLIN (S.G.) -   Variational methods in mathematical physics.  -  Macmillan, New York (1964).

  • (2) - HARRINGTON (R.F.) -   Field computation by moment method  -  . Macmillan, New York (1968).

  • (3) - BREBBIA (C.A.) -   Boundary element techniques : Theory and applications in Engineering  -  . Springer-Verlag, New York (1984).

  • (4) - SILVESTER (P.P.), FERRARI (R.L.) -   Finite elements for electrical engineers.  -  Cambridge University Press, New York (1983).

  • (5) - WEXLER (A.) -   Solution of waveguide discontinuities by modal analysis  -  . IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. MTT-15, no 9, p. 508-517 (1967).

  • (6) - JANSEN (R.H.) -   The spectral-domain approach for microwave integrated circuits.  -  IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. MTT-33, no 10, p. 1043-1056...

1 Ouvrages

Quelques ouvrages donnant un survol détaillé sur l'ensemble des méthodes ont été publiés. Ils sont généralement spécialisés dans un groupe de méthodes. On peut cependant noter trois ouvrages qui regroupent de nombreuses méthodes sauf les approches asymptotiques :

  • Numerical Methods for Passive Microwave and Millimeter Wave Structures, Edited by (R.) SORRENTINO, IEEE Press, 1989 ;

  • Numerical Techniques For Microwave And Millimeter-Wave Passive Structures, Edited by (T.) ITOH, John Wiley, 1989.

  • Numerical Techniques in Electromagnetics, (M.N.O.) SADIKU, 2d edition, CRC Press, 2001.

Deux autres ouvrages décrivent succinctement les méthodes de simulation mais soulignent plus leurs applications :

  • Microwave Circuit Modeling using Electromagnetic Field Simulation, Edited by Daniel (G.) SWANSON Jr. and Wolfgang (J.R.) HOEFER, ARTECH HOUSE Inc, 685 Canton St., Norwood, MA-2003 – 469 p, ISBN 1-58053-308-6 ;

  • Waveguide components for Antenna Feed Systems : Theory and CAD, Edited by (J.) UHER, (J.) BORNEMAN and (U.) ROSENBERG, ARTECH HOUSE Inc, 685 Canton St., Norwood, 1993, ISBN 0-89006-582-9.

HAUT DE PAGE

2 À lire également dans nos bases

HÉLIER...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(232 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(232 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS