【電磁界シミュレータ】かたっぱしから、インストールしてみようかと。。リンク・コメント集【EMCに使えるかな？】

電磁界シミュレータ
Electromagnetic Simulation Software
Finite-Difference Time-Domain
Finite Element Analysis
Method of Moments
Other Methods
Ray Tracing
CAD Interfaces
Blender
CAD Software
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電磁界シミュレータ

シミュレータも道具なので、道具、測定器好きとしては、何か検索したりすると、ついそこを見てしまったりします（笑）GPUがわりかし手頃に手に入るようになっていたりするので、個人のPCでもいろいろできるようになりましたね。OpenFOAMでラジコンボディの空力シミュレーションしたりとか。。

モデルベースのシミュレーションで有名なOpenModelicaで成長の限界（Limit to Growth）や電力モデルを計算してみたり。。

ちょっと前に調べた時には、電磁界関係のものは、回路系くらいで、有償ソフトがあまりにできが良いからか。。なかなかまだ動かないのが多いなぁ～って思ったんですが。。

こういうの見つけて、音場ならFDTDをGoogleColabで動かせるんですよね。。でも電磁界というとちょっとこれを２重に解かないといけないのだけど。。

そういえば、BlenderとかUnityとかもそうだけどゲームに使われているRaytracingというのだったらどうなんだろうな？って。。OpenFOAMでラジコン用のモデルを探していたら。。こんなのを見つけまして。。

まだ試してないけど。。ToFとかレーダーで自動運転とかするならシミュレーションしたいよなぁ～って。。これでは、AudiのA8のシミュレーションとかの結果が出ていました。

Triangle Count: 20973
Frequency: ~1.5 GHz
Electrical Size: ~25λ
Direction Count: 90
RaytrAMP Execution Time: 1.5 seconds
FEKO Execution Time: 15 minutes (~600x slower)

１５分くらいでできたら、いいですね。こんなモデルが。。ちなみに、これもOctave（Matlab）から使うものです。（あとで試しますね）

そもそもモデルの作成が一番、手間で、なかなかシミュレーションできなかったんですが、いろんなサンプルが出てきているのと、CADも進みましたしね。

日本では、これ↓が一番できていて、すべての方法が掲載されています。

↑は、↓に変更になってるみたいです。

ここも少しいろいろ変わっていそうです。

これを昔、一回試して、モデリングで挫折したんですよね。今はいろいろツールができてきているようなんですが、ニッチだからか、継続のためにはツールのコンサルが必要だからか、肝の部分は、有償ですね。日本の先生とかでもいろいろリンクあるんですが、どれも古い情報のようで、今でも現役のものってこのリンクのものくらいなのかな？って。。（個人的な感想なんで、いろいろあったら、教えてください）

で。。海外勢はどうなんだろう？？って。。emlabのオープンソースのリンクを拾ってきて、仕事でも使うかもしれないし。。シミュレーション方法によって、得意不得意があるので、ひとつ動いたからと言って、その結果を信じられるわけでもないので。。一回かたっぱしから、プレポスト処理なども一緒に、やってみようかな？って（笑）

いろんなソルバー（解法）の比較は、FEKOという商用全部入りシミュレータ技術資料で概要を掴むといいかも。またアンテナの基礎の基礎は、こちらのページがいいですね。

このリンクの検証結果です。案の定、リンク切れも多い（笑）　まだまだ今後検証していく予定でいますが。。とりあえず公開（笑）

Electromagnetic Simulation Software

Finite-Difference Time-Domain

Meep — FDTD package from MIT that supports parallel processing. No GUI.
- Python　Anacondaでインストール（Windowsの場合は、Ubuntuで）
- AWSで計算するPKGもあり。（Google ColabやBinderでは動かない）
gprMax — 3D FDTD package desgigned for ground penetrating radar, but can do much more. Flexible script interface and supports parallel processing.
- 地中の電磁界の散乱などを計算するのが得意。
- こちらもPython Miniconda環境（Windowsの場合は、Ubuntuで）
- GPUが必須（Google ColabやBinderでは動かない）
Angora — Powerful FDTD package with text interface.
- Linux系で動く　Matlab形式の入出力
emGine — FDTD package with GUI.
- 2014年で開発終了　Windows7まで
EM Explorer — 3D FDTD package with GUI.
- ダウンロードに登録が必要だが、登録ができない。
openEMS — 3D FDTD package with GUI.
- Matlab(Octave)・Paraview　などを使う　Matlabから下記のライブラリを使う構成
  - CSXCAD – A C++ library to describe geometrical objects and their physical or non-physical properties.
  - AppCSXCAD – A visualization program, capable of showing the structure defined inside a CSXCAD xml-file.
  - QCSXCAD – The visualisation library used by AppCSXCAD.
- Octaveは必須
- 僕のHPでの記事
FDTD++ — 3D FDTD package with GUI.
- Salome・Paraviewを利用　Linux系　Email登録してIDとPASSを入手後ダウンロード可
- C++のソースコードが入っているBinaryの配布はなさそう。
OpenFDTD
- 僕のHPでの記事

Finite Element Analysis

OpenFOAM — Multiphysics FEM package with GUI.
- 静電界・静磁界は計算できる。モータの磁界など、またParticleなどの計算ができるので、本来は、人体モデルなんかもFDTDとかと組み合わせてこれから使えるようになるといいな。。なんて。。でも使いみちはいろいろありそう。いろんなPKGが出ているのでどれからやればいいのか？？が難しいですね。
- 磁性流体のTutorialは、こちら　OpenFOAMを動かせれば動きます（笑）
- 僕のHPでのOpenFOAMの記事参照　動かすところまでが実は大変（笑）
MaxFEM — FEM package with GUI.
- スペイン語なので、わからない（笑）Manual類は整備されているけど。
FEMM — FEM package with GUI.
- 例をみると、モータにかなり特化されています。静電界・静磁界は計算できる。
- 2019年現在も開発が進んでいるようです。Windowsだけですが、DownLoadはこちらから　（あとで試しますね）
- Octave（Matlab）は必須
Elmer — Multiphysics FEM package with GUI.
- 基本は力学系のシミュレータですけど、一応、静電界・静磁界は計算できる。Salomeのプラグイン的にも使える。SalomeをDEXCSで使った時に入っていたので使ったことありますが。。OpenFOAMで使っちゃった（笑）
- Windowsだけですが、GUI付き　Downloadはこちらから　（あとで試しますね）
- Githubはこちら
Fenics Project — Collection of software for automated, efficient solution of differential equations.
- 基本的に熱流体のFEMですね。OpenFOAMと近い。まだ電磁界の計算例はなし
- このリンクの中では開発が一番盛んなのかな？ロードマップもあるのは珍しいです。JupyterNotebookで使えるようにするプロジェクトも進行中。OpenFOAM対抗としては、これかな？これもParaviewで可視化は行っていますね。
- Pythonベースで、Dokerコンテナで配布されています。
freeFEM –– PDE solver with its own scripting language. Multiphysics, nonlinear, 2D, and 3D.
- Wifiの伝搬計算例あり、導波管などの電磁界はこれ強そうです。
- これは、ほぼFEM用の言語ですね。
- 電磁界計算はないですが、Web上で少し試すことができます。
- Linux,Windows,Macのバイナリーあり。インストール方法は、こちら。。
- Githubをみると、Dokerイメージもあります。
- 日本語の本もあって、そのサポートサイトもあります。
- 僕のHPでの記事

Method of Moments

4NEC2 — NEC based antenna modeler and optimizer.
- 若いころは、この下のNEC2が一番でした。その後継ですね。
- 2016年から更新されていませんが、Wireアンテナの解析は今でもこれが良さそうです。
- ダウンロードは、こちら4nec2 (setup.exe)
- 解説いらないですね。これは簡単に動くし。。凄いです。早いし。。５エレのアンテナの解析結果↓　放射パターンと、スイープと。。　チュートリアルはこちら
- Antenna関係の単位などは、ここに簡単な説明があります。
NEC-2 — Method of moments engine with text punchcard interface.
- これ、懐かしいです。自分も使ってました。EMC Lab at Unversity of Missouri-Rollaのリンクが切れているのが悲しいです（ここでは、リンク貼り直しました）。
- 今では、“The (unofficial) NEC Archives“.が上のリンクよりいいかも。
MMANA-GAL — Method of moments solver with GUI.
- アマチュア無線界では、超有名なGUIですね。NEC2も使えました。
- アマチュア無線用の線状アンテナの歴史が分かります。
EMCoS Antenna VLab — Free student version of MoM software with GUI.
- こちらが現在のリンク　学生バージョンがフリーです。
- EMC関係だと、これを使われている方が多いのでは？PCBからアンテナまでいろいろ使えます。
EM3DS — Excellent integral equation solver with GUI.
- リンクつながらないですね。現在のリンクはこちら
- Click here to download a limited feature free version.
GLMoM — Method of moments EM field simulator with GUI.
- 2004年で止まっている感じです。
newFASANT — Free student version of MoM based antenna and RCS calculator with GUI.
- 商用のソフトです。これも、MoMだけでなく、GTD、FDTDなど全部入りのソフトですね。AnsoftやEMCoSだけじゃなく、この手の有償ソフトはよくできていますね。

Other Methods

MIT Photonic-Bands — PWEM package from MIT. No GUI.
- 上に出てきたMeepの一つのバージョンみたいです。基本はMeepですね。
MaxwellFDFD — MATLAB-based package that solves frequency-domain Maxwell’s equations using the finite-difference frequency-domain technique.
S4 — Fourier model method (RCWA) based on scattering matrices. Text based interface using Lua or Python
CAMFR — Full-vectorial Maxwell solver based on the method of lines (i.e. eigen-mode expansion).
MMTL — Multilayer multiconductor transmission line modeling suite.
- SPICEで計算しちゃえっていう概念のシミュレータ。。一時期、少しいじったことがあります。開発はもうされていない模様です。
Pic2Mag — You draw magnets on the screen and Pic2Mag draws the magnetic lines.
- 概要は、このPDF
FastHenry2, FastCap2, & FastModel — Fast inductance and capactiance solves with GUI.
- インダクタンス・キャパシタンスの計算ができる。
- FreeCADのプラグインとかがあります。ちょっとこのあたり興味あり。
- バイナリー配布は、登録が必要。ソースはGithubに。
Qucs — Quite universal circuit simulator with GUI.
- SPICEの後継って感じです。いろいろと新しい機能もあるようですが。。
- Analog DevicesのLTspiceがモデルライブラリがしっかりしていますし、STmicroなどもシミュレータ出しているので。。いいのですが、一応、入れとこうという人もいるかな？（笑）
- 日本語での解説（Anagix）
OpenFilters — Design and optimization tools for optical interference coatings.
- リンク切れですね。

Ray Tracing

あれ？これ全部光学系ですね。

EEMのEEM-RTM レイトレーシング法(レイラウンチング法)の市街地、建物内電界分布計算シミュレータより良さそうなのなかった。。

↑これ。。FEKOがいるやつだった（笑）

BEAM FOUR — Ray tracing and open source.
Opus — Software application for designing and evaluating optical systems.
OptoCAD — Tracing Gaussian TEM00 beams through an optical set-up.
OpenRayTrace — Optical lens design software that performs ray tracing. It is built using python, wxPython, and PyOpenGL.
Goptical — GNU Optical design and simulation library.
WinLens3D Basic — Serious design and analysis tools for optical engineer, student or designer.
OpticalRayTracer — A powerful, Java-based virtual optical bench.

Ray Tracing Tools for High Frequency Electromagnetics Simulations

An Open-Source Radio Coverage Prediction Tool

ちょっと古いけど、これ分かりやすい論文ですね。

ないと思ったら、こういうのがありました。(あとで試しますね）

PyLayers　　‐‐‐　Githubはこちら　２Dモデルかな？　レイトレーシングで計算しています。Pythonのモジュール
- Site Specific Radio Channel Simulator (Rays,Delays,DOA,DOD)
- Indoor Radio Coverage
- Human Mobility Simulator for Wearables and WBAN
- Rich Antenna Patterns Description
- Indoor Localization Platform
- Handling of various Radio Standards including Ultra Wideband
- Handling Millimeter Wave Simulation (5G)
- Jupyter Note book形式のサンプルなど豊富

NYUSIM — 5G channel Simulator
- Manual
Radio Mobile Mobile Radio Propagation Simulator
CloudRF — Web based Radio Channel Simulator

CAD Interfaces

ONELAB — Lightweight interface to finite element software.
- 基本は、Gmesh,GetDPというメッシュ作成のためのツールへのインターフェースのようですが、Elmer, OpenFOAM, Code_Aster, Abaqus or CalculiXのファイルを直接読み込めるそうです。FEM用ですね。
- 概要を知るには、このチュートリアルが良さそうです。
- Antennaのモデル例　導波管のモデル例　シールドのモデル例
- これAndroidとかのバージョンもあります。
- 僕のHPでの記事
Salome — Open source CAD and front end for numerical simulation.
- 概要は、日本語のここや、ここがいいですね。
- OpenFOAMの時に使ったんですが。。機械設計にはよくできているんですよね。

これ調べてたら、こんなのも見つけました。EMC屋さんなので、なかなかよくできていそうです。（これもあとで調べてみます）

Blender

もともとこれを調べていたんですよねぇ～（笑）なんか変なもん調べだしたもんだ

Blender download

Blender Models　ここに、いろいろ使えるモデルがあるのが一番の発見かも

そもそも、Unityで物理シミュレーションができるというので、調べたんだった（笑）

Blend Swap — Community of passionate Blender artists who share their work under creative commons licenses.
Blender 3D Model Repository
TF3DM — Some free 3D Blender models.
cgtrader — Free 3D models for CG digital design and artwork.
TurboSquid — Free and paid 3D models.

Blender Materials

Blendermada — Blender materials database.
Blender Materials — Large library of materials models for Blender.

Blender Add-Ons

Sverchok — Parametric tool for architecture and design. Lets you program object’s form without knowing programming languages.
Tissue — Computational geometry capable of producing very complex designs.

Blender Help

Official Blender YouTube Channel
Blender Reference Manual
Blender Tutorials
Blender Guru — Site devoted to helping you understand Blender and create amazing results you can be proud of.
BlenderNation
Blender 3D: Noob to Pro

CAD Software

Solid Modeling

Fusion 360 — Cloud based modeling. Free to students, enthusiasts, hobbyists, and startups.
- 僕のHPでの記事
FreeCAD — Parametric 3D modeler with good import/export.
- 僕のHPでの記事
Tinkercad — A simple, online 3D design and 3D printing app for everyone.
- 僕のHPでの記事
Meshmixer — Free AutoCAD software for 3D meshes.
- 僕のHPでの記事
Salome — Open source CAD and integration platform for numerical simulation.
- 僕のHPでの記事
BRL-CAD — Cross-platform and open source solid modeling system with ray tracing.
Creo Elements/Direct Modeling Express — 3D design and modeling.
- これ開いてびっくり。。いきなりラジコンエンジンバギー
- ちょっと残念なのは、Freeバージョンはパーツが60個までですね。
DesignSpark Mechanical — 3D design and modeling.
- DesignSparkのツール群ですね。ちょいちょいお世話になってます(笑)
- 日本語では、このページ
Heeks CAD/CAM — 3D design and modeling and generation of g-code for manufacturing.　リンク切れ
ImplicitCAD — Web based 3D CAD with script interface.
- パラメトリックジェネレータですね。式というかプログラムで形を作るものです。ねじとか、らせん状のものとか、幾何学的なもの、繰り返しの多いものの部品を書くのにいいかも。。FreeCADでできるんだけど。。
- Webで動きます。
CoffeeSCad — Web based 3D CAD with script interface.
- これもリンク切れ　下のOpenJSCADに統合された模様
OpenSCAD — 3D CAD with a scripting interface.
- ギャラリーを見ると、どうやら。。３Dプリンター自体とか、CNCとかのモデルが多いですね。モデルみるだけで楽しい
OpenJSCAD — A completely web based 3D CAD with a scripting interface.
- これもWebベースで動く。。なかなかスゴイ。。STLで落とせます
PythonOCC — 3D CAD development environment for python programming language.
- Pythonで絵が描けるって感じかな？いろんなPythonモジュール群ですね。Python２系なのが。。どうかな？？

Surface Modeling CAD Tools

Blender — Powerful 3D surface modeler, scene renderer, movie editor, and animation creator.
- 僕のHPでの記事
Google SketchUp — Excellent surface modeler, but limited import/export.
- 僕のHPでの記事

Artistic Modeling and CAD Tools

Blender — Powerful 3D surface modeler, scene renderer, movie editor, and animation creator.（既出）
MeshMixer — Good tool for combining STL files and for artistic editing of files.（既出）
Seamless3D — 3D modeling and animation tool from MIT.（う～ん。。子供用）
K-3D — Freeform 3D modeling and animation software, but no rendering.（Blenderでいいんじゃない？）

Other Modeling and CAD Tools

Autodesk Tools — Lots of free products for students and eductors.（ここは凄い）
Voronator — Online tool to tesselate any 3D model.（ボロノイエフェクトをかけるだけ）

CAD Viewers and Data Visualization

STLView — A free STL viewer with touch-screen capability.（Androidもあるので便利かも）
eDrawings Viewer — Viewer software for SolidWorks, DWG, and DXF files.（どこにソフトがあるのか？分からない）
Visit — Interactive parallel visualization and graphical analysis tool for viewing scientific data.（Lawrence Livermore National LaboratoryのParaviewかな？）

こうしてみると、僕あんまりCAD使えないんだけど、かなりのオープンソースやフリーのCAD使い倒しているかも(笑)

これ面白い。こういうオープンソース類を使っていろんな電子工作に活かしています。