Порівняльний аналіз систем тривимірного комп’ютерного проектування мікрохвильових пристроїв

Рис. 3.1.4 Збуджуючий імпульс

 

Рис. 3.1.5 Розсіяний імпульс

Рис 3.1.6 Частотна залежність елемента матриці розсієння S₁₁

 

Рис 3.1.7 Частотна залежність елемента матриці розсієння S₂₁

 

 

Рис 3.1.8 Частотна залежність елемента матриці розсієння S₁₂

 

Рис 3.1.9 Частотна залежність елемента матриці розсієння S₂₂

 

Для розрахунку характеристик, представлених на рис. 3.1.6 - 3.1.9 була задана точність - 60 дБ.

Потім аналогічні результати були отримані в програмі HFSS. Для цього була побудована аналогічна модель, яка наведена на рис. 3.1.10. У HFSS крім завдання моделі для проведення розрахунків повинні бути задані порти (які визначають збудливе поле) і граничні умови. У HFSS використовується метод кінцевих елементів (МКЕ). Тому отримання частотної залежності відбувається довше, ніж в Microwave Studio. На рис. 3.1.11 приведена отримана в HFSS частотна залежність коефіцієнта відображення. При отриманні цієї залежності використовувалося значення параметра Delta S, що визначає точність розрахунків, рівний 0,01.

 

Рис. 3.1.10 Геометрія моделі (у середовищі HFSS) 

 

Рис. 3.1.11 Частотна залежність елемента матриці розсіяння S₁₁ та S₁₂

 

 

На рис. 3.1.12 зображені аналогічні криві, побудовані в програмі MATLAB.

Рис. 3.1.12 Криві, що представляють частотну залежність коефіцієнта матриці розсієння S₁₁, вираховані за різної точності (побудова виконана в середовищі MatLab)

На рис. 3.13 - 3.14 представлено розподіл поля в досліджуваній структурі.

Рис. 3.1.13 Розподіл електричного поля в досліджуваній структурі 

 

Рис. 3.1.14 Розподіл магнітного поля в досліджуваній структурі.

 

 

Ефективна площа розсіювання (ЕПР) в радіолокації - площа деякої фіктивної поверхні, що є ідеальним ізотропним відбивачем, який, будучи поміщеним в точку розташування цілі нормально у напрямку опромінення, створює в точці розташування радіолокаційної станції ту ж щільність потоку потужності, що й реальна ціль. Величина має розмірність площі і вимірюється зазвичай в квадратних метрах. ЕПР конкретного об'єкта залежить від його форми, розмірів, матеріалу з якого він виготовлений, а також від його орієнтації по відношенню до приймача і передавача.

Отримання ЕПР-характеристик для cпроектованих моделей проводилося у програмних середовищах HFSS та FEKO. Були розглянуті такі моделі різного ступеня важкості моделювання та обчислення. Для універсальності моделей усі параметри моделей були задані як змінні, які у будь-який момент можна змінити не чіпляючи спроектовану модель.

У FEKO отримання ЕПР-характеристик проводилося двома методами: методами фізичної оптики (швидкий спосіб) та методом моментів (повільний спосіб).

Першою аналізувалася  модель Cone (рис. 3.1.15), яка має наступні розміри: довжина h = 2 м, більший радіус R = 0.2 м, менший радіус r = R/3

Рис. 3.1.15 Досліджувана модель Cone в середовищі FEKO

 

 

Рис. 3.1.17 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone

(використовувався  метод моментів)

,

Рис. 3.1.18 Досліджувана модель Cone в середовищі HFSS

Рис. 3.1.19 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone

 

 

 

Рис. 3.1.20 Порівняльний аналіз отриманих ЕПР-характеристик у MATLAB

 

Другою аналізувалася  модель Metal Plate (рис. 3.1.21), яка має наступні розміри: довжина a = 0.4 м, ширина b = 0.2 м, товщина d = 0.1 м.

Теоретично  ЕПР плоскої пластини можна визначити  за формулою

       (3.1.1)

 

Рис. 3.1.21 Досліджувана модель Metal Plate в середовищі FEKO

 

 

 

Рис. 3.1.21 Отримана ЕПР-характеристика моделі Metal Plate

(використовувався  метод моментів)

 

 

Рис. 3.1.22 Досліджувана модель Metal Plate в середовищі HFSS

Рис. 3.1.23 Отримана ЕПР-характеристика моделі Metal Plate

 

 

 

Рис. 3.1.24 Порівняльний аналіз отриманих ЕПР-характеристик у MATLAB

 

Третьою було проведено аналіз моделі Sphere (рис. 3.1.25), яка має розміри: радіус R = 0.2 м.

Теоретично ЕПР сфери  можна визначити за формулою

       (3.1.2)

Рис. 3.1.25 Досліджувана модель Sphere в середовищі FEKO

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1.26 Отримана ЕПР-характеристика моделі Sphere

(використовувався  метод моментів)

 

Рис. 3.1.27 Досліджувана модель Sphere в середовищі HFSS

 

Рис. 3.1.28 Отримана ЕПР-характеристика моделі Sphere

 

Рис. 3.1.29 Порівняльний аналіз отриманих ЕПР-характеристик у MATLAB

Із ускладнених моделей були спроектовані такі як Cone with sphere ends та Cone with sphere ends and holes.

Cone with sphere ends складається з конусу, який у своїх вершинах містить сфери. Дана модель має такі розміри: довжина h = 1,65 м, радіус більшої вершини конусу R_max = 0,25 м, радіус меншої вершини конусу _, радіус більшої сфери , радіус меншої сфери .

Рис. 3.1.30 Досліджувана модель Cone with sphere ends в середовищі FEKO

 

Рис. 3.1.26 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone with sphere ends

(використовувався  метод моментів)

Рис. 3.1.27 Досліджувана модель Cone with sphere ends в середовищі HFSS

Рис. 3.1.28 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone with sphere ends

Рис. 3.1.29 Порівняльний аналіз отриманих ЕПР-характеристик у MATLAB

 

 

Модель Cone with sphere ends and holes складається з конусу, який у своїх вершинах містить сфери. Дана модель має такі розміри: довжина h = 1,65 м, радіус більшої вершини конусу R_max = 0,25 м, радіус меншої вершини конусу _{, радіус більшої сфери} , радіус меншої сфери .

Рис. 3.1.30 Досліджувана модель Cone with sphere ends and holes в середовищі FEKO

 

 

Рис. 3.1.26 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone with sphere ends and holes

(використовувався  метод моментів)

Рис. 3.1.27 Досліджувана модель Cone with sphere ends and holes в середовищі HFSS

Рис. 3.1.28 Отримана ЕПР-характеристика моделі Cone with sphere ends and holes

Рис. 3.1.29 Порівняльний аналіз отриманих ЕПР-характеристик у MATLAB

 

 

ВИСНОВКИ

 

У цій курсовій роботі був проведений аналіз засобів тривимірного моделювання - програмами CST Microwave Studio і HFSS для розрахунку електромагнітних характеристик (елементів матриці розсіювання, діаграм спрямованості і т.д.) та розглянуті методи, якими реалізується розрахунок даних характеристик.

Було змодельовано кілька тривимірних електромагнітних структур,в яких були отримані електромагнітні характеристики. Потім методом накладення графіків один на одного, а також шляхом виміру часу, за яку кожна програма обробляє структуру, можна зробити висновок про швидкодію, функціональність та сферу застосування кожної з розглянутих программ програм.

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

1. Harrington R. G. Field Computation by Moment Methods [Tекст] / R. G. Harrington.  
- N.-Y., 1968.

2. Марков, Г.Т. Математические методы прикладной электродинамики [Tекст] /  
Г. Т. Марков, Е. Н. Васильев. - М.: «Сов Радио», 1970.

3. Гупта, К. Машинное проектирование СВЧ устройств [Tекст] / К. Гупта,  
Р. Гардж, Р. Чадха. – М.: Радио и связь, 1987.

4. Говорухин, В. Компьютер  в математическом исследовании [Tекст] / 
В. Говорухин, Б. Цибулин. - СПб.: Питер, 2001.

5. Никольский, В. В. Автоматизированное проектирование устройств СВЧ [Tекст] / В. В. Никольский. - М.: Радио и связь, 1982.

6. Козлов, В.Н. Проектирование  СВЧ устройств с помощью ЭВМ [Tекст] / В.Н.Козлов, Г.А.Юфит. - М.: Сов. радио, 1975.

7. Пашкеев, С. Д. Машинные методы оптимизации в технике связи. Учеб. пособие для электротехнических институтов связи [Tекст] / С. Д. Пашкеев, Р. И. Минязов, В. Д. Могилевский. - М.: Связь, 1976.

8. Сиразетдинов, Т. К. Оптимизация систем с распределенными параметрами [Tекст] / Т. К. Сиразетдинов. - М.: Наука, 1977.

10. Григорьев, А. Д. Электродинамика и техника СВЧ [Tекст] / А. Д. Григорьев.  
– М.: Высш. шк., 1990.

9. http://www.rodnik.ru – компания "Родник Софт". "EDA. CAD. CAM. Решения  для САПР".

11. http://www.wikipedia.org

12. Computer Simulation Technique (CST) - http://www.cst.de.

13. Applied Wave Research Inc - http://www.mwoffice.com.

14. Sonnet Software Inc - http://www.sonetusa.com.