第2章　科学计算的应用与方案

2.1　概述

2.1.1　电磁学概述

电磁学是研究电磁现象的规律与应用的物理学分支，是现代科技不可或缺的一部分。电磁学的理论体系非常完备，包括电场、磁场、电磁波等基本概念和理论，以及麦克斯韦方程组这一理论核心，其研究对象包括静电场、静磁场、电磁感应、电磁波等。电磁学作为物理学重要的一个分支，有着鲜明的特点。首先，电磁学是一门数学性质非常强的学科，其所需的数学工具包括微积分、向量分析、复数等，电磁学在理论推导和实际应用等方面都需要运用这些数学工具。然后，电磁学有着较强的实验性质，因为电磁学是一门基于实验的自然学科，理论发展离不开实验的支持，实验数据是验证电磁学理论的重要依据。最后，电磁学在现代社会的应用极为广泛，几乎影响了现代社会的各个方面，以电磁学为基础，在通信、电力、电子、计算机等应用领域衍生出了很多改变人们生活的实际应用，包括无线电、移动通信、电机、变压器、电磁兼容、电磁屏蔽、核磁共振等。从发展的角度来看，电磁学有着广阔的应用前景，近年来的发展尤为迅速。随着计算技术的飞速发展，电磁学的计算方法也得到了极快的发展，使得电磁学在实践中的应用更加广泛和深入。

近年来，AI技术已经被广泛用于电磁学的各个领域，各种AI算法（尤其是以神经网络为主的机器学习算法）有能力在大量的复杂数据集中发现人类无法察觉的特定趋势和模式，预测和识别的准确性和效率不断提高。此外，AI算法还擅长处理高维度、多类型的数据。因此，AI技术被广泛用于电磁学领域的分类和优化场景中。例如，由于5G技术使用的频谱范围较宽，5G设备的天线设计面临着极大的挑战，包括适应更大的带宽、覆盖更多频段，以及持续增强的对抗干扰能力的需求。另外，天线阵列中的故障检测和基于逆散射的非线性问题需要复杂且具有一定成本效益的解决方案。针对这些问题，AI算法可以提供优于其他技术的解决方案，并且能最大限度地减少设计时间，降低其他间接成本，提高计算效率与准确性。