Modeliranje dielektričnog rezonatora u cst studijskom apartmanu. Prijem konferencije za objavljivanje u EBS-u St. Petersburg State University "Leti". Hijerarhija upravljanih objekata
Detalji Objavljeni 18.11.2019Dragi čitaoci! Od 18. novembra 2019. do 17. decembra 2019. našem univerzitetu je omogućen besplatan probni pristup novoj jedinstvenoj kolekciji u Lan EBS-u: „Vojni poslovi“.
Ključna karakteristika ove zbirke je edukativni materijal nekoliko izdavača, odabran posebno na vojne teme. Zbirka obuhvata knjige izdavačkih kuća kao što su: "Lan", "Infra-inženjering", "Novo znanje", Ruski državni univerzitet pravde, MSTU. N. E. Bauman i neki drugi.
Testirajte pristup sistemu elektronske biblioteke IPRbooks
Detalji Objavljeni 11.11.2019Dragi čitaoci! Od 8. novembra 2019. do 31. decembra 2019. godine, našem univerzitetu je omogućen besplatan probni pristup najvećoj ruskoj bazi podataka punog teksta - IPR BOOKS Electronic Library System. EBS IPR BOOKS sadrži više od 130.000 publikacija, od kojih su više od 50.000 jedinstvene obrazovne i naučne publikacije. Na platformi imate pristup trenutnim knjigama koje se ne mogu pronaći u javnom vlasništvu na internetu.
Pristup je moguć sa svih računara u mreži univerziteta.
“Mape i dijagrami u zbirkama Predsjedničke biblioteke”
Detalji objavljeno 06.11.2019Dragi čitaoci! 13. novembra u 10:00 biblioteka LETI, u okviru sporazuma o saradnji sa Predsedničkom bibliotekom B.N. Jeljcina, poziva zaposlene i studente Univerziteta da učestvuju na konferenciji-webinaru „Mape i dijagrami u zbirkama Predsjednička biblioteka.” Događaj će se održati u formatu prenosa u čitaonici Odeljenja za društveno-ekonomsku književnost biblioteke LETI (sala 5 zgrada 5512).
Moskovski energetski institut
Kurushin A.A., Plastikov A.N.
Dizajn mikrotalasnih uređaja u okruženju CST Microwave Studio
Moskva 2010
UDK 621.3.049.77.029:681.3.06
Recenzenti: prof., doktor tehničkih nauka Kogan B.L., Ph.D. Gribanov A.N., Papilov K.B.
Kurushin A.A., Plastikov A.N. Dizajn mikrotalasnih uređaja u okruženju
CST Mikrovalna Studio. – M. Izdavačka kuća MPEI, 2010, 160 str.
CST MICROWAVE STUDIO je moćan program za modeliranje 3D elektromagnetnog polja. Program koristi različite metode proračuna polja (proračun prelaznog procesa u vremenskom domenu, analiza u frekvencijskom domenu, metoda pronalaženja prirodnih frekvencija). Glavna metoda za proračun prelaznog procesa rješava problem pobude strukture radio impulsima, što je razlikuje od većine drugih softverskih proizvoda.
Trenutno u Rusiji postoje desetine zvaničnih licenciranih korisnika programa CST Microwave Studio, a hiljade studenata koristi studentsku demo verziju programa tokom obrazovnog procesa, izrade kurseva i izrade diploma.
Tutorijal opisuje CST Microwave Studio verziju 2009 i namijenjen je studentima osnovnih i postdiplomskih studija koji proučavaju dizajn mikrotalasnih uređaja, proračun i propagaciju elektromagnetnih polja u nehomogenim medijima.
UDK 621.3.049.77.029:681.3.06
Uvod
Savremeni mikrotalasni uređaji: radio prijemnici, predajnici, sistemi za prenos informacija na radio frekvencijama - zapravo se sastoje od antene, kanala za radio prijem/prenos, blokova za pretvaranje informacija iz analognog u digitalni oblik i nazad (preko ADC/DAC) i digitalnog dio. Pojedinačne radio komponente - digitalni filteri, prekidači, sistemi za prepoznavanje signalnih uzoraka, sistemi za odvajanje korisnih signala i smetnji - implementirani su u obliku mikro kola i procesora. Stoga dizajn kompletnog sistema za prijem i obradu radio talasa uključuje analizu komutacionih, modulacionih i drugih čvorova kontrolisanih na „digitalnom“ nivou. Ove i druge karakteristike savremenih radio sistema zahtevaju razvoj i istraživanje novih metoda analize, sinteze i projektovanja kako čitavog sistema tako i pojedinih jedinica. U uslovima visokih stopa proizvodnje, savremeni istraživač mora jasno dobiti odgovor: koji metod treba izabrati za rešavanje određenog problema sa datim stepenom tačnosti.
Napominjemo da je potreban tempo istraživanja i razvoja antenskih sistema na brodu i na zemlji nemoguć bez upotrebe novih informacionih tehnologija za projektovanje mikrotalasnih struktura različitih topologija na elektrodinamičkom nivou. Takve tehnologije nisu ograničene na poboljšanje uobičajenih metoda analitičke i parametarske sinteze koje se koriste u analizi i optimizaciji na računarima u visoko specijalizovanim programima za elektrodinamičko modeliranje razvijenim za proračun specifičnih problema na osnovu numeričkih metoda za rešavanje Maksvelovih jednačina.
Rice. U 1. Blisko električno polje u poprečnom presjeku automobila s antenom na krovu (a) i dijagram zračenja planarne antene (b) smještene na stražnjem staklu automobila
Program CST MICROWAVE STUDIO™, koji je opisan u ovoj knjizi, je moćan kompleks dizajniran za trodimenzionalno modeliranje objekata različitih oblika na elektrodinamičkom nivou.
Vrijedi napomenuti da posljednjih godina domaći inženjeri i istraživači posvećuju sve više pažnje ovom softverskom paketu.
U procesu projektovanja mikrotalasnih uređaja korišćenjem CST Microwave Studio-a, vrtložne strukture se uvode u trodimenzionalni prikaz crtanjem najjednostavnijih geometrijskih oblika – primitivima i izvođenjem logičkih (Booleovih) operacija na njima. Postoje i brojne mogućnosti za uvoz modela iz drugih programa. Nakon što je struktura nacrtana i granični uslovi su specificirani, uključujući izvore pobude, cijeli problemski prostor se particionira u mrežu, a zatim se izračunava polje u svakoj tački u prostoru.
Najfleksibilnija metoda proračuna, implementirana u Microwave Studio kao Transient Solver, može riješiti dizajn uređaja u širokom rasponu frekvencija nakon izračunavanja jednog prolaznog odziva (za razliku od metode frekvencije koja zahtijeva analizu na mnogim frekvencijskim tačkama). Ova metoda je veoma efikasna za rešavanje mnogih mikrotalasnih uređaja, kao što su konektori, dalekovodi, filteri, antene itd.
Rice. U 2. Faze simulacije mobilnog telefona (a), izračunate distribucije bliskog polja (b) i dijagram zračenja telefonske antene (c)
Kada se proučavaju rezonantne strukture kao što su uskopojasni filteri, rješenje u vremenskom domenu može postati neučinkovito zbog signala odgovora koji polako opadaju tokom vremena. Da biste riješili takve probleme, Microwave Studio vam omogućava korištenje metode Eigenmode.
Transient Solver postaje manje efikasan u rješavanju problema niske frekvencije kada je veličina strukture mnogo manja od valne dužine. U ovim slučajevima može biti prikladno riješiti problem u frekvencijskom domenu. Ovaj pristup je najefikasniji kada su karakteristike na samo nekoliko frekvencijskih tačaka od interesa.
Osnovna metoda proračuna u Microwave Studio-u, metoda konačne integracije (FIT), je metoda prostorne diskretizacije u kojoj se problemski prostor dijeli na diskretne ćelije (mrežu). U ovom slučaju, rješavač implementira metodu vremenske domene konačnih razlika (FDTD) kao poseban slučaj FIT metode. Vrlo važna karakteristika rješenja u vremenskom domenu je proporcionalna ovisnost potrebnih računskih resursa o veličini strukture. Trenutno je na modernom personalnom računaru FDTD metodom moguće izračunati strukture dimenzija do nekoliko desetina talasnih dužina.
Istraživanje i razvoj za inženjere koji rade u vazduhoplovnoj i odbrambenoj industriji neprestano ih guraju da rešavaju probleme na ivici mogućeg. Ovo se proteže na specijalizovana područja tehnologije elektromagnetne simulacije. Jedan od važnih praktičnih problema je optimizacija efektivne površine disperzije (ESR) aviona i brodova, a drugi
– rešavanje problema elektromagnetne kompatibilnosti radio sistema, uzimajući u obzir uticaj tela uređaja na efikasnost komunikacije. Oba ova smjera karakteriziraju električne dimenzije uređaja, koje su u pravilu stotine valnih dužina.
Rice. U 3. Izvezeni model helikoptera (a) i izračunati trodimenzionalni EPR graf (b)
Takve probleme nije moguće riješiti konvencionalnim metodama volumetrijske diskretizacije prostora (FIT ili FEM). U najnovijim verzijama Microwave Studio-a, za rješavanje ove klase problema predlaže se korištenje metode integralnih jednačina (Integral Equation Solver, I-solver). Ovo omogućava izvođenje elektrodinamičke analize trodimenzionalnih struktura velikih električnih dimenzija (slika B.3).
Jednako važna karakteristika Microwave Studio-a je mogućnost potpune parametrizacije modela strukture (od geometrije do svojstava materijala), koji koristi varijable za određivanje svakog varijabilnog parametra. U kombinaciji sa ugrađenim optimizatorom i mogućnošću direktne promjene parametara, Microwave Studio efikasno izvodi dizajn uređaja na elektrodinamičkom nivou. CST kompleks ide u korak sa pojavom fizičkih problema povezanih sa istraživanjem svemira, radom u uređajima za proučavanje elementarnih čestica, biologijom i medicinom (slika B.4). CST kompleks se značajno proširio posljednjih godina, te stoga ne gubi dlan u popularnosti.
Algoritam za rješavanje savremenih problema sa fizičkim sadržajem svodi se na precizno modeliranje fizičkih procesa, uključujući širenje elektromagnetnih valova, toplinskih pojava i uzimanje u obzir čestica koje se kreću u proračunskom prostoru.
Rice. U 4. Model uvođenja katetera u ljudsku trbušnu šupljinu (a) i rezultirajuće raspodjele električnog polja (b) i temperature (c)
Obuhvata optimizaciju procesa projektovanja, razvoj odnosa analitičkih i numeričkih metoda u rešavanju aktuelnih problema sa kojima se suočavaju i organizatori naučnog rada i oni koji ga izvode, od istraživača do inženjera.
Glavne karakteristike Microwave Studio
Microwave Studio je sistem za parametarsko modeliranje trodimenzionalnih struktura baziran na ACIS jeziku, sa potpunom vizualizacijom strukture, tako da:
- moguće je uvesti trodimenzionalnu strukturu u formatu*.sat, *.iges ili *.stl,
- moguće je uvesti slojeve u formatu*.dxf, *.gdsII i *.gerber,
- uvoz ljudskog biološkog modela kao fajla,
- izvoz podataka u formatu*.sat, *.iges, *.stl, *.drc i *.pov,
- parametriranje strukture uvezenih CAD datoteka.
Rice. U 5. Model ratnog broda sa proračunatim strujama na metalnim površinama
CST implementira nekoliko metoda proračuna. Hajde da ih pregledamo.
Proračun prelaznog procesa. U ovom načinu rada, CST pruža:
- efikasno modeliranje struktura sa gubicima i bez gubitaka,
- proračun S - parametara u širokom rasponu frekvencija korištenjem jednog proračuna prolaznog procesa, korištenjem Fourierove transformacije,
Proračun E, H-polja iz jedne završene simulacije,
- adaptivno sabijanje trodimenzionalne mrežaste particije u ćelije,
- opis izotropnih i anizotropnih materijala,
- modeliranje površinske impedanse za dobre provodnike,
- proračun raspodjele tipova valova u poprečnom presjeku luke,
- implementacija višeelementnih portova sa TEM talasima,
- normalizacija S - parametara za specificirane impedancije porta,
- pobuđivanje strukture ravnim talasom,
Korišćenje idealnih graničnih uslova emisije/apsorpcije, periodičnih graničnih uslova, - proračuni dalekog polja antene (pojačanje, usmerenost, potiskivanje bočnog režnja, itd.),
- proračun efektivne površine raspršenja RCS,
- proračun različitih karakteristika elektromagnetskog tipa: električno polje, magnetno polje, površinske struje, tokovi snage, gustine struje, gustine gubitaka, kao i gustine toplotne, električne, magnetne energije,
- uključivanje diskretnih elemenata (R, L, C) u strukturu, uključujući nelinearne diode,
- u modu proračuna prelaznog procesa, možete postaviti funkciju pobude u obliku pravokutnika i drugih oblika radio impulsa,
- automatsko izdvajanje modela SPICE kola (R, L, C, G),
Paralelizacija rada rešavača, potpuno učitavanje 32-bitnog PC procesora,
Optimizirajte strukturu za proizvoljne svrhe koristeći ugrađeni optimizator.
Proračun u frekvencijskom domenu. U ovom slučaju CST program
pruža:
- proračun konstrukcija sa i bez gubitaka,
- opis izotropnih, anizotropnih i žirotropnih svojstava materijala,
- uniformno i prilagodljivo uzorkovanje frekvencije u opsegu analize,
- proračun tipova talasa u lukama 2-D Eigenmode rješavač u frekvencijskom domenu,
- renormalizacija S - parametara za date impedanse porta,
- smanjenje pritiska S – parametara,
- poboljšani granični uslovi emisije/apsorpcije,
- proračun dalekog polja antene (uključujući pojačanje, ugao snopa, potiskivanje bočnih režnjeva, itd.),
- proračun dalekog polja antenskog niza,
- proračun električnih i magnetnih karakteristika bliskog polja,
- uključivanje grupisanih elemenata R, L, C, G bilo gdje u strukturi,
- automatsko izdvajanje SPICE modela (R, L, C, G generacija).
Metoda prirodne frekvencije
U ovom slučaju, program Eigenmode radi:
Izračunavanje prirodnih frekvencija, gubitaka i faktora kvaliteta za svaki tip talasa koji rezonuje na ovim frekvencijama,
- analiza tipova (moda) talasa polja u zatvorenoj strukturi,
- proračun konstrukcija koje se mogu ispuniti anizotropnim materijalima,
- optimizacija strukture pomoću ugrađenog optimizatora.
Program rješenja integralnih jednačina
Ovaj program vam omogućava modeliranje objekata velikih dimenzija i izvodi:
- proračun S – parametara u širokom frekventnom opsegu, dobijenih iz raspodjele polja i korištenih tipova valova,
- proračun konstrukcija ispunjenih izotropnim i anizotropnim materijalima,
- proračun gubitaka i faktora kvaliteta za svaki način rada,
- paralelni rad na nekoliko jezgara personalnog računara,
- SPICE model generacije (R, L, C, G).
- parametarska optimizacija, u kojoj se mijenja jedan ili više parametara dizajna,
- automatska optimizacija strukture za proizvoljne ciljne funkcije kreirane u obliku analitičkih izraza.
c) Vizualizacija rezultata analize i njihov izvoz
- Izlaz tipova talasa na portovima, konstanta propagacije, impedansa, itd.
- izlaz S – parametara u kartezijanskim i polarnim koordinatnim sistemima, Smithov grafikon,
- posmatranje električnih i magnetskih polja, tokova snaga, površinskih struja u dvodimenzionalnim i trodimenzionalnim prikazima,
- izlaz karakteristika polja dalekog polja (jačina polja, pojačanje antene, usmjerenost antene, efektivna površina raspršenja RCS),
- izlaz tipa polja u dalekoj zoni (polja, pojačanje, usmjerenost, RCS) u trodimenzionalnom i dvodimenzionalnom obliku,
- animacija procesa širenja elektromagnetnog polja,
- gledanje particione mreže,
- izvoz S-parametara u Touchstone formatu,
- izvoz proračunskih podataka (polja, karakteristike itd.) kao ASCII datoteke,
Izvezite grafikone u tabelarni oblik.
******************************************************************
Ovaj vodič se sastoji od 5 poglavlja. Prvi daje pregled programskog interfejsa i principa konstruisanja modela, drugi pruža uvod u numeričke metode proračuna implementirane u program; Svako poglavlje zatim daje primjere analize određenih uređaja, od jednostavnih do složenih. Autori se zahvaljuju doktoru tehničkih nauka, prof. Gutzeit E.M., doktor tehničkih nauka, prof. Kogan B.L., Ph.D. Gribanov A.N., Papilov K.P. za pomoć u procesu rada na rukopisu.
Poglavlje 1. Opšte karakteristike studija za mikrotalasnu pećnicu
1.1. CST Microwave Studio kao dio cjelokupnog softverskog okruženja CST STUDIO SUITE
Softversko okruženje CST STUDIO SUITE pruža moćnu platformu za rješavanje elektromagnetnih problema. Jednostavan grafički korisnički interfejs omogućava vam da istovremeno
Primjer je implementiran u CST Microwave Studio 2015
Uvod
Ispod je niz radnji preporučenih za modeliranje rezonatorskih struktura. Kao primjer razmatramo problem traženja vlastitih modova rezonatora ispunjenog zrakom. Predložena tehnika može se koristiti za simulaciju bilo kojeg drugog rezonatora.
Model koji se proučava ima rotacijsku simetriju, pa se za njegovu konstrukciju koristi rotacija poprečnog presjeka oko vlastite ose. Štaviše, rezonator ima zrcalnu simetriju (u ravni okomitoj na njegovu generatricu), tako da će biti dovoljno da se napravi samo polovina profila rotacije, a zatim da se ogleda da se dobije pun model. Nakon konstruisanja geometrije, sama analiza nije posebno teška. Rezultat simulacije će biti dobijanje sopstvenih modova rezonatora, kao i izračunavanje faktora kvaliteta.
Konstruisanje geometrije
Kreiranje novog projekta
Nakon pokretanja CST STUDIO SUITE-a, pojavit će se početni prozor u kojem je prikazana lista prethodno otvorenih projekata, a dostupna je i mogućnost kreiranja predložaka projekata za najčešće modelirane zadatke. Najlakši način za početak je kreiranje i spremanje predloška s osnovnim postavkama koje najbolje odgovaraju vašem području modeliranja. Da biste to učinili, kliknite na dugme Kreiraj projekat u odeljku Novi projekat.
Zatim morate odabrati područje na koje se odnosi vaš problem koji želite riješiti: u ovom slučaju odaberite Mikrovalne pećnice & RF.
Da biste tražili svojstvene modove visokorezonantnih struktura, kao i analizirali filtere, pokažite na Circuits & Components | Waveguide & Cavity Filters | Eigenmode.
Odabrani zadani predložak postavlja jedinice na mm i GHz, pozadinski materijal na idealan električni provodnik (PEC), a sve granične uslove na električne zidove.
Nakon što kliknete na Sljedeće, odabrane postavke predloška će se pojaviti na konačnoj stranici sažetka. U ovom trenutku možete preimenovati ime šablona.
Nakon klika na dugme Završi, šablon se automatski pohranjuje i otvara se radni prozor novog projekta sa navedenim postavkama.
Napomena: Kada ponovo pokušate da otvorite novi projekat, vidjet ćete da se novokreirani predlošci pojavljuju u odjeljku Predlošci projekta. Ako područje modeliranja koje proučavate spada u postavke prethodno definiranog šablona, možete ga odabrati i CST MICROWAVE STUDIO će se automatski pokrenuti s potrebnim osnovnim postavkama. Nema potrebe svaki put definirati novi predložak projekta za slične zadatke.
Napomena: Sve postavke navedene u predlošku mogu se kasnije promijeniti prilikom izrade modela. Na primjer, mjerne jedinice se mijenjaju u Home: Postavke | Jedinice i postavke kalkulatora se mogu odabrati u padajućoj listi Početna: Simulacija | Pokreni simulaciju.
Postavljanje radne ravni
Pre nego što počnete da pravite rezonator, trebalo bi da podesite veličinu radne ravni koja je uporediva sa dimenzijama rezonatora. Postavke radne ravni su dostupne u dijaloškom okviru: Prikaz: Vidljivost | Radni avion | Svojstva radne ravni.
Najveća veličina modela je 215 mm, tako da će veličina radnog polja od 250 mm biti sasvim dovoljna. Unesite ovu vrijednost u kolonu Veličina i postavite korak rasterizacije ravni na 10 mm kako biste stvorili prilično finu mrežu na radnoj ravni. Imajte na umu da su sve dimenzije u milimetrima jer su trenutne jedinice u CST postavljene na mm (prikazano u statusnoj traci).
Konstrukcija figure rotacije.
Nakon što završimo preliminarne postavke, počet ćemo kreirati rotirajuću figuru. Poprečni presjek rezonatora je jednostavan poligon, tako da ne biste trebali koristiti alate Curve. Za oblike sa presjekom u obliku poligona, prikladnije je koristiti alat: Modeliranje: Oblici | Ekstruzije | Rotiraj.
Budući da površina za rotaciju nije unaprijed odabrana, alat će se automatski pokrenuti u načinu definiranja poligona, što zahtijeva unos vrhova poligona. Koordinate na radnoj ravni možete postaviti dvostrukim klikom na lijevu tipku miša ili numeričkim unosom koordinata. Pošto je potonja opcija praktičnija, da biste uneli koordinate, pritisnite taster Tab i unesite tačke u dijaloški okvir koji se pojavi. Koordinate vrhova prikazane su u donjoj tabeli (ako su unesene pogrešno, možete izbrisati prethodne tačke pritiskom na tipku Backspace):
Nakon unosa posljednje koordinate, poligon će biti zatvoren. Tada će se automatski pojaviti dijaloški okvir profila rotacije:
U ovom dijaloškom okviru možete provjeriti unesene koordinate. Ako se napravi greška, vrijednosti se mijenjaju jednostavnim odabirom traženog polja (dvostrukim klikom na lijevu tipku miša) i promjenom koordinate u njemu.
Također možete dodijeliti svojstva potrebnog materijala izgrađenom objektu (u odjeljku Materijal), a također dodati objekt u grupu (u odeljku Komponente). Za potrebe ovog primjera nije potrebno mijenjati zadane postavke (materijal: Vakuum, grupa: komponenta1).
Napomena: Korišćenje grupa (padajuća lista Komponente) omogućava vam da kombinujete nekoliko objekata u posebne grupe (dodeljivanje određenoj grupi se postavlja u sekciji komponenti), bez obzira na svojstva materijala ovih objekata. U ovom primjeru zgodno je koristiti samo jednu grupu.
Na kraju, sve što ostaje je da dodijelite naziv konstruiranom objektu (u odjeljku Ime) i kliknete Ok da biste konstruirali 3D element.
Alati za odabir i skošenje.
Prilikom projektiranja rezonatora treba izbjegavati upotrebu grubih rebara, jer na njima nastaju nehomogenosti u raspodjeli polja i električne struje. Zbog toga je preporučljivo koristiti skošene za rezanje unutrašnjih uglova (kao što je prikazano na slici ispod)
U prvoj fazi kreiranja ivice treba odabrati ivicu za obradu pomoću interaktivnog alata za odabir Modeling: Picks (ili pomoću tipke S). Kada je aktiviran način odabira, vrhovi i rubovi dostupni za odabir su istaknuti, što vam omogućava da jednostavno odaberete željeno lice dvostrukim klikom na lijevu tipku miša. Nakon odabira ivice, možete promijeniti tačku gledišta strukture koristeći View Tools. U nekim slučajevima, zgodnije je koristiti alatku za odabir u žičanom režimu pregleda Prikaz: Vidljivost | Žičani okvir (ili kombinacija tipki Ctrl+w).
Nakon odabira potrebne ivice, model bi trebao izgledati ovako:
U slučaju pogrešnog odabira, možete izbrisati sve prethodno odabrane elemente pomoću naredbe Modeliranje: Picks | Obrišite odabire (ili pomoću tipke d).
Sada trebate napraviti kosinu duž odabrane ivice. Da biste to učinili, koristite alat za modeliranje: Alati | Blend Otvoriće se dijaloški okvir u kojem odredite da radijus zaokruživanja bude 15 mm. Za potvrdu kliknite Ok, kao rezultat će model izgledati ovako:
Zrcaljenje za izgradnju kompletnog rezonatora
Da bi se napravio kompletan model, potrebno je da se dobijena polovina prikaže u krajnjoj ravni.
Prvo morate odabrati ravninu za prikaz. Da biste to učinili, aktivirajte način odabira modeliranja: Picks | Picks , u kojem se bira krajnja ravnina rezonatora.
Sada morate aktivirati alat za transformaciju da biste napravili kopiju u ogledalu Modeliranje: Alati | Transformacija | Ogledalo.
U dijaloškom okviru koji se pojavljuje, prema položaju odabranog kraja, automatski se određuju koordinate ravni i pravci prikaza. Operacija transformacije stvara novi objekat bez očuvanja originalnog. Stoga je potrebno napraviti kopiju, za šta koristiti opciju Copy. Zatim kombinirajte rezultirajuće objekte pomoću opcije Unite. Da biste dovršili konstrukciju, pritisnite tipku Ok. Kao rezultat, dobit ćete sljedeću strukturu;
Postavke kalkulatora
Nakon uspješne konstruiranja geometrije, trebali biste podesiti postavke kalkulatora kako biste dobili potrebne mikrovalne karakteristike rezonatora.
Podešavanje frekvencijskog opsega
Procjenjuje se da ovaj rezonator ima prvih pet rezonantnih frekvencija u opsegu do 1,5 GHz. Otvorite dijalog Postavke raspona frekvencije simulacije: Postavke | Frekvencija. U njemu postavite maksimalnu vrijednost frekvencije na 1,5 (imajte na umu da su jedinice frekvencije GHz; ovo je prikazano u statusnoj traci).
Kliknite Ok da potvrdite svoje promjene.
Granični uslovi i simetrije
Prije početka simulacije uvijek je potrebno provjeriti uspostavljene granične uvjete. Da biste to učinili, koristite način aktiviran pomoću Simulation: Postavke | Granice. U tom slučaju, korišteni granični uvjeti će biti prikazani u radnom prozoru. Prema utvrđenom šablonu, sve granične ravnine se postavljaju na električne zidove, što je jednako kao da su okružene idealnim provodnikom. Trenutne zadane postavke odgovaraju simuliranom zadatku.
Pretpostavimo da je potrebno proučavati one vrste talasa koji imaju uzdužnu (duž x ose) komponentu električnog polja. Ovaj uslov će značajno ubrzati proračun konstrukcije zbog upotrebe ravni simetrije.
Da biste pristupili postavkama simetrije, morate otvoriti karticu Simetrične ravni u dijaloškom okviru Boundary Conditions.
Postavljanjem magnetnih ravni simetrije duž XY i XZ, rješavač će izračunati samo tipove valova koji nemaju tangencijalnu komponentu magnetskog polja duž odabranih ravni (ili prisiljavajući električno polje da bude tangencijalno na određenu ravan). Dodatno, moguće je uspostaviti električnu ravan simetrije duž YZ, što zahtijeva prisustvo normalne komponente električnog polja na ovoj ravni.
Nakon primjene postavki, model će izgledati ovako:
Kliknite Ok da izvršite promjene.
Korisnik uvijek treba koristiti svojstva simetrije kad god je to moguće kako bi smanjio vrijeme simulacije.
Nakon što završite gore navedene korake, možete početi tražiti vlastite modove šupljine.
Pronalaženje vlastitih modova korištenjem tetraedarskog popločavanja
Kalkulator sopstvenih modova u CST MICROWAVE STUDIO dozvoljava upotrebu i tetraedarskih i heksaedarskih mreža za diskretizaciju računskog domena.
Otvorite dijalog evaluatora eigenmod Home: Simulation | Pokreni simulaciju. Tetraedarska mreža je postavljena prema zadanim postavkama s odabranim šablonom:
Da biste započeli proračun, kliknite na dugme Start. U prvoj fazi modeliranja, kompjuter će početi sa konstruisanjem tetraedarske mreže. Odaberite fasciklu Kontrola mreže u stablu projekta da vidite konačnu mrežu.
Prikaz sopstvenih modova i proračun faktora kvaliteta
Prikaz prilagođenih modova
Rezultati proračuna režima šupljine dostupni su u fascikli stabla projekta 2D/3D Results. Komponente elektromagnetnog polja svakog moda se pohranjuju u fascikle Mode N, gdje je N broj potrebnog moda.
Za pregled električnog polja 1. moda, odaberite folder 2D/3D Results | Načini | Režim 1 | e. Rezultati će biti predstavljeni pomoću vektora jačine polja kao što je prikazano na gornjoj slici.
Napomena: Amplituda polja je uvijek normalizirana na 1J uskladištene energije u načinu rada.
U mnogim slučajevima je potrebno prikazati distribuciju polja u određenoj ravni. Da biste to uradili, prebacite se na režim 2D vizuelizacije koristeći naredbu 2D/3D Plot: Presek preseka | 3D polja na 2D ravni. Sada će slika distribucije polja izgledati ovako.
Pored grafičke vizualizacije polja, radni prozor sadrži tekstualne informacije koje sadrže vrijednost maksimalne jačine polja, vrijednost rezonantne frekvencije itd.
Proračun faktora kvaliteta
Iz rezultirajuće raspodjele polja lako je dobiti vrijednost vlastitog faktora kvalitete rezonatora. Da biste to uradili, morate otvoriti dijalog za analizu gubitaka nakon obrade: 2D/3D naknadna obrada polja | Gubitak i Q.
U ovom dijaloškom okviru trebate samo postaviti provodljivost okolnog metala. Podrazumevano je postavljena na provodljivost bakra (5,8e7 cm/m).
Da biste promijenili vrijednost provodljivosti, odaberite prvi red i kliknite na dugme Modify, što će otvoriti sljedeći dijaloški okvir:
Za ovaj primjer, postavite provodljivost srebra (6,16 cm/m) u koloni Conductivity. Kliknite OK da izvršite promjene.
Posljednji korak u pronalaženju faktora kvalitete je odabir željenog načina rada na padajućoj listi H-Field data. Odaberite Mod 1 za traženje faktora kvaliteta 1. moda. Kliknite na dugme Izračunaj da dobijete rezultat.
Faktor kvaliteta osnovnog moda je jednak .
Proračun gubitaka, kako u zapremini dielektričnih tako i površinskih, vrši se u fazi naknadne obrade. Proračun volumetrijskih gubitaka zasniva se na distribuciji elektromagnetnog polja unutar elementa koji se proučava, kao i na svojstvima materijala za punjenje: tangenta dielektričnog gubitka tan(δ) ili provodljivosti koja odgovara tan(δ):
Iako se gubici izračunavaju u fazi naknadne obrade, svojstva materijala moraju biti postavljena prije izvođenja simulacije, budući da parametri korišćenih dielektrika utiču na rezultate proračuna prema vremenu, učestalosti ili kalkulatoru (za ovo drugo, obračun dielektrika u simulacija mora biti aktivirana). Treba napomenuti da u rješavaču možete specificirati da se svi dielektrici uzimaju u obzir samo u fazi naknadne obrade, kada se izračunavaju gubici i faktori kvalitete. U svakom slučaju, dielektrični objekt se mora opisati prije izvođenja simulacija za daljnji proračun gubitaka i faktora kvaliteta primjenom metode perturbacije.
Proračun površinskih gubitaka vrši se i metodom perturbacije za sve tipove E-solvera, koji zahtijeva vrijednost provodljivosti materijala σ, vrijednost magnetske permeabilnosti i raspodjelu magnetnog polja pri proračunu bez uzimanja u obzir gubitaka:
Imajte na umu: vrijednost gubitaka snage izračunata po formuli ima prosječnu vrijednost, dok su vrijednosti električnog i magnetskog polja amplituda.
Mogućnost izračunavanja gubitaka je dostupna nakon završetka faze modeliranja. Materijali koji su prvobitno definisani kao idealni električni provodnik PEC dobijaju konačnu provodljivost i permeabilnost za specifikaciju gubitaka (opisano u dijaloškom okviru za izračunavanje Q-faktora). Ova dodjela se može implementirati za objekte napravljene od PEC-a, za pozadinski materijal i za materijal u graničnim ravnima. Za razliku od dielektrika, sva svojstva materijala povezana s gubicima u provodljivom okruženju postavljaju se u fazi naknadne obrade.
Pronalaženje vlastitih modova pomoću AKS metode.
Proračun sopstvenih modova sa automatskim podešavanjima računara.
Otvorite dijalog podešavanja E-solvera Početna: Simulacija | Pokreni simulaciju. U njemu promijenite tip mreže u heksaedarski.
Glavni parametar koji treba podesiti u ovom dijaloškom okviru je broj modova za izračunavanje. Računar će tražiti određeni broj talasa, počevši od najniže rezonantne frekvencije. Preporučuje se da navedete broj modova za traženje više od onoga što tražite. Stoga, da biste izračunali, na primjer, prvih pet modova, trebali biste navesti izračunavanje 10 načina.
Zahvaljujući tehnici površinske mreže sa savršenom aproksimacijom granica (PBA), broj korištenih elemenata mreže je relativno mali (oko 7700). U stvari, ovo rezultira sistemom jednačina sa približno 23.100 nepoznatih. Na modernim računarima rešavanje takvog sistema će trajati nekoliko minuta.
Nakon što se računar završi, rezonantne frekvencije prvih deset modova će biti prikazane u prozoru rezultata:
Preciznost modeliranja svih ovih modova je na visokom nivou. Općenito, rezultati s boljom preciznošću smatraju se pouzdanim.
Da vidite vrijeme provedeno na simulaciji, otvorite datoteku evidencije koristeći Simulation: Solver | Logfile. Pomaknite se prema dolje kroz prozor koji se otvara da biste dobili informacije o vremenu odbrojavanja (rezultat može varirati ovisno o snazi računara):
Optimizacija performansi u slučaju sekvencijalnih proračuna
Do sada se traženje svojstvenih modova šupljina obavljalo u kratkom vremenu računanja. Međutim, u slučaju parametarskog pomeranja, ubrzanje računara će značajno uticati na ukupno vreme simulacije.
Podešavanje performansi u ovom slučaju je relativno jednostavno: računar može da koristi procenu frekvencije najvišeg sopstvenog moda koji se proučava. E – rešavač automatski određuje ovu frekvenciju na osnovu rezultata prethodnih proračuna i upisuje njenu vrednost u log fajl. Ova informacija je sadržana prije vrijednosti vremena odbrojavanja:
Sada izvršite proračun svojstvenog moda s obzirom na procijenjenu frekvenciju. Da biste to uradili, otvorite dijalog postavki računara Početna: Simulacija | Pokreni simulaciju. U njemu pristupite dijaloškom okviru za dodatna podešavanja kalkulatora klikom na dugme Posebno:
Kada dobijete procijenjenu najvišu frekvenciju moda (1,73153 GHz u primjeru), možete unijeti tu vrijednost u polje Guess. Ako je ova vrijednost nepoznata, tada morate navesti nultu vrijednost, postavljajući solver da automatski procjenjuje ovu frekvenciju. Nakon što kliknete na Ok, ponovo pokrenite simulaciju klikom na Start.
Ovo će ponovo prikazati statusnu traku koja pokazuje napredak simulacije. Imajte na umu da nema konstrukcije matrice kalkulatora jer struktura nije promijenjena.
Kao rezultat, dobijene su iste vrijednosti rezonantnih frekvencija. Informacije o vremenu odbrojavanja dostupne u datoteci evidencije su sljedeće:
Upoređujući vremena izračunavanja, možemo zaključiti da korištenje procjene frekvencije najvišeg moda pomaže ubrzanju simulacije.
Ovi koraci su korišćeni da se demonstrira ubrzanje računara u slučaju optimizacije i parametarskog pregleda. Točnost rezultata će također biti visoka ako se koriste automatske postavke bez dodatnih promjena. Za jednokratnu analizu određenog modela, korištenje procijenjene frekvencije neće donijeti prednosti, ali će daljnja upotreba poboljšati točnost dobijenih rezultata:
Povećana preciznost
Greška u traženju vlastitih modova šupljine uzrokovana je iz dva izvora:
Greška iterativnog E-računara.
Netačnosti u diskretizaciji prostora koji se proučava.
U nastavku su navedeni neki savjeti za minimiziranje ovih grešaka i postizanje najtočnijih rezultata.
Preciznost numeričkih metoda kalkulatora sopstvenih modova
Prva vrsta grešaka je prikazana u koloni Preciznost za svaki režim nakon završetka simulacije. Smatra se da je mod izračunat sa dovoljnom tačnošću ako je njegova tačnost bolja.
Pojava grešaka ove vrste može se minimizirati korišćenjem tačne procenjene frekvencije najvišeg moda ili korišćenjem većeg broja iteracija E-rešavača. Korištenje više od pet iteracija po pravilu ne utječe na dobivene rezultate. U nekim slučajevima, modovi višeg reda se izračunavaju sa manjom preciznošću od načina nižeg reda. Stoga se preporučuje da navedete više valnih dužina nego što proučavate kako biste poboljšali tačnost željenih (nižih) modova.
Imajte na umu da se u ovom primjeru pretraživanje načina obavlja pomoću AKS rješavača. Sljedeći odjeljak će koristiti JDM rješavač. U poređenju sa AKS metodom, JDM metoda ne zahteva procenu frekvencije najvišeg moda, a izračunati tipovi talasa imaju početno utvrđenu tačnost.
Utjecaj rezolucije mreže na tačnost E-solvera.
Greške koje su rezultat umrežavanja općenito je teže procijeniti. Jedini način da se poboljša tačnost rezultata je da se poveća rezolucija mreže i zatim izračunaju sopstveni modovi. U slučaju da se dobijeni rezultati (na primjer, prirodne frekvencije, faktori kvaliteta) neznatno mijenjaju kada se promijeni gustina particije, konvergencija rezultata se može smatrati postignutom.
U razmatranom primjeru korištena je zadana particija mreže koju je automatski kreirao ekspertni sistem. Najlakši način za povećanje točnosti rezultata je korištenje automatske adaptacije mreže Adaptive mesh refinement, aktivirane u dijaloškom okviru postavki kalkulatora. (Početna: Simulacija | Pokreni simulaciju):
Nakon aktiviranja adaptivne mreže, postavke za ovu tehniku će postati dostupne. Kliknite na dugme Svojstva da im pristupite:
S obzirom da nas zanima proučavanje prvih pet modova rezonatora, potrebno je fokusirati preraspodjelu mreže na ovih prvih pet modova, za koje u polju Broj modova za provjeru morate navesti 5. Da biste prihvatili napravljene promjene, kliknite UREDU.
Nakon što se vratite u dijalog postavki kalkulatora, pokrenite ga klikom na dugme Start. Nakon nekoliko minuta prilagođavanja mreže, pojavit će se sljedeći dijaloški okvir:
Proces prilagođavanja mreže rezultirao je postizanjem specificirane tačnosti (1% po defaultu). Pošto je ekspertski sistem konfigurisan za ovu tačnu vrednost greške, možete onemogućiti proceduru prilagođavanja za naknadne proračune (na primer, za varijaciju parametara ili optimizaciju).
Sada biste trebali deaktivirati reparticiju mreže klikom na dugme Da. Rezultati konvergencije rezonantne frekvencije sada su dostupni u stablu projekta.
Kada je proces adaptacije mreže završen, korisnik ima pristup zavisnosti maksimalnog relativnog odstupanja rezonantne frekvencije u dva naredna proračuna. Grafikon zavisnosti je predstavljen u stablu projekta: 1D rezultati | Adaptive Meshing | Greška:
Na grafikonu se vidi da je maksimalno odstupanje vrijednosti rezonantne frekvencije ispod 0,14%, što odražava kako visok nivo mrežnog ekspertnog sistema tako i razlog završetka adaptacije mreže.
Grafikoni zavisnosti tačnosti kalkulatora na svakom koraku reparticije prikazani su u fascikli 1D Rezultati | Adaptive Meshing | Tačnost načina rada:
Iz grafikona se može vidjeti da je tačnost proračuna moda u obje faze reparticije vrlo dobra. Takođe u fascikli stabla projekta, dostupne su zavisnosti rezonantnih frekvencija u svakom koraku reparticije: 1D rezultati | Adaptive Meshing | Frekvencije načina rada:
Iz grafikona je jasno da se vrijednosti rezonantnih frekvencija ponašaju prilično stabilno.
Glavna prednost stručnog sistema za podešavanje mreže u odnosu na klasične adaptivne šeme je u tome što on izvodi jedan jedini proces reparticioniranja kako bi se dobile optimalne postavke ekspertnog sistema. Prilikom izvođenja daljnjih varijacija parametara ili optimizacije, nema potrebe za ponovnom prilagođavanjem mreže.
Proračun vlastitih modova korištenjem JDM metode (Jacobi-Davidson metoda)
Za traženje vlastitih modova u CST MICROWAVE STUDIO® možete koristiti JDM evaluator. Upotreba ovog rješavača se preporučuje u slučajevima izračunavanja malog broja modova (ne više od 5). Za ovaj vodič, adaptivno particioniranje će biti onemogućeno kako bi se ubrzali proračuni. Otvorite dijaloški okvir podešavanja heksaedarske mreže Početna: Mreža |Globalna svojstva: i unesite vrijednost od 10 u polja Linije po talasnoj dužini i Donja granica mreže.
Rezultati prethodnih proračuna će biti izbrisani kada se promijene postavke mreže. Pojavit će se sljedeća poruka upozorenja:
Kliknite Ok za brisanje prethodnih rezultata.
Kao i ranije, postavke kalkulatora su specificirane u Home: Simulation | Pokreni simulaciju. Sa padajuće liste Metoda odaberite JDM i postavite broj izračunatih načina na 5 (u koloni Načini). Kao rezultat, računar će tražiti 5 načina rada, počevši od najniže rezonantne frekvencije.
Prije pokretanja kalkulatora, možete podesiti nivo potrebne tačnosti za izračunavanje svojstvenih modova klikom na dugme Specijalno. Za ovaj primjer, nivo preciznosti od 1e−6 će biti dovoljan, pa zatvorite dijaloški okvir bez ikakvih promjena klikom na Ok.
Da biste pokrenuli simulaciju, kliknite na dugme Start. Indikatori napretka koraka modeliranja (na primjer, proračun matrice ili analiza vlastitih modova) će se ponovo pojaviti u statusnoj traci. Nakon što se proračun završi, vrijednosti rezonantnih frekvencija prvih pet modova će se pojaviti u prozoru s porukom.
Da vidite vrijeme provedeno na simulaciji, otvorite datoteku evidencije koja je dostupna u Post Obrada: Rezultati | Pogledaj datoteke dnevnika | Solver Logfile. Pomaknite se prema dolje kroz dijaloški okvir koji se otvara za informacije o vremenu (vrijednost može varirati ovisno o specifikacijama računara koji koristite):
Vrijeme utrošeno na modeliranje je uporedivo sa vremenom AKS rješavača.
Imajte na umu da, u poređenju sa AKS rešavačem, JDM rešavač ne koristi procenu najveće frekvencije za izračunavanje sopstvenih modova sa određenom tačnošću. Kao i kod AKS rješavača, dostupni su obrasci raspodjele polja modova, rezultati izračunavanja Q-faktora i podrška za prilagođavanje mreže.
U poređenju sa AKS računarom, JDM ne podržava tehnologiju TST mreže. Štaviše, AKS računar se mora koristiti u slučaju izračunavanja velikog broja režima. JDM rješavač se koristi za traženje vlastitih modova struktura sa gubitkom (sa konstantnom kompleksnom permeabilnosti). Međutim, u slučaju izračunavanja faktora kvalitete modela s malim gubicima, preporučuje se prvo izvršiti simulaciju bez uzimanja u obzir gubitaka. Ovo je podrazumevano postavljeno sa aktivnom opcijom Uzmite u obzir gubitke samo u naknadnoj obradi (nalazi se u prozoru postavki kalkulatora). Zatim možete izračunati faktor kvaliteta u fazi naknadne obrade, kao što je ranije opisano.
Ultraširokopojasni antenski sistemi
Rad na kursu
na temu: Modeliranje antene u CAD CST Microwave Studio
Radovi završeni: Rad provjerio:
Student gr. 4B-601S nastavnik
Zavražin A.N. Shmachilin P.A.
1. Zadatak……………………………………………………………………………………………..3
2. Kreiranje projekta u CST Microwave Studio……………………………4
3. Modeliranje antene…………………………………………………………..7
4. Studija antene………………………………………………………………………….18
5. Zaključak…………………………………………………………22
6. Reference……………………………………………………..…24
Vježbajte
Simulirajte antenu u softverskom okruženju CST Microwave Studio i proučite njene parametre: SWR, pojačanje, oblik uzorka itd.
Kreiranje projekta u CST Microwave Studio.
U ovom radu ćemo razmotriti modeliranje antene sa dielektričnim rezonatorom (Dielectric Resonator Antenna) na frekvenciji od 5,78 GHz. Modeliraćemo antenu koristeći sledeći izvor sa interneta:
Antena dielektričnog rezonatora (DRA) je dielektrični rezonator postavljen na dielektričnu podlogu mikrotrakaste linije, pobuđen linijskim vodičem. Ove antene se koriste na frekvencijama iznad 2 GHz.
Simulaciju ćemo izvesti u softverskom okruženju CST Microwave studio 2015, čiji je glavni prozor prikazan na slici 1.
Slika 1. Glavni prozor CST Microwave studija 2015
Prozor se može podijeliti u četiri zone - gornju, koja prikazuje kartice menija koje vam omogućavaju modeliranje antene, proučavanje njenih parametara i naknadnu obradu rezultata
Na lijevoj strani je navigacijski prozor koji sadrži informacije o anteni, njenim komponentama i materijalima od kojih je antena napravljena. Tu su i rezultati promjena svih parametara antene, informacije o njenom dijagramu zračenja, rezultati naknadne obrade itd.
U sredini je glavni prozor za modeliranje u kojem se kreira antena.
Na dnu se nalazi područje parametara koji se mogu podesiti kako bi se olakšalo modeliranje, kao što su dužina i širina emitera, debljina materijala itd.
Modeliranje počinje odabirom tipa antene, područja modeliranja i mjernih jedinica. Proces odabira svih potrebnih parametara prikazan je na slikama 2-4. Sve opcije su odabrane kada se CST Microwave Studio prvi put pokrene tokom kreiranja projekta. Budući da modeliramo DRA antenu, prilikom odabira tipa antene za projektovanje potrebno je navesti planarni tip.
Takođe, prije početka simulacije, naznačićemo frekvencije na kojima ćemo simulirati karakteristike antene (slika 4).
Radi jednostavnosti, simulaciju ćemo izvesti u vremenskom domenu u istom sistemu mjernih jedinica kao u izvoru.
Slika 2. Početni prozori programa
Slika 3. Početni prozori programa
Slika 4 – Početni prozori programa.
Nakon odabira tipa antene i mjernih jedinica, učitava se glavni prozor softverskog okruženja CST Microwave Studio, gdje ćemo simulirati i analizirati antenu.
Antenna Modeling
Proces modeliranja sastoji se od uzastopnog kreiranja antenskih blokova, dipolnih emitera i kreiranja porta na koji ćemo povezati izvor signala.
Prvi korak je postavljanje potrebnih parametara antene, koji će olakšati dalji proces modeliranja. Postavljamo sljedeće parametre:
– širina, visina i dužina DRA
– širina utora
– debljina metala
– unutrašnji i vanjski radijusi konektora
– visina podloge
Slika 5. Lista parametara koje treba postaviti
Drugi korak je stvaranje podloge. Da biste to uradili, u panelu Modeliranje potrebno je da izaberete stavku Brick, zatim da ručno unesete njene parametre, pritisnite taster Esc i u prozoru koji se otvori unesite potrebne parametre i promenite vrstu materijala iz Vakuum u Novi materijal i kreirajte novi materijal sa parametrima prikazanim na slici 6. Proces kreiranja bloka je takođe prikazan na slici 6.
Slika 6. Proces kreiranja bloka u CST Microwave Studio.
Treći korak - kreirajte GND sloj, za koji biramo našu podlogu komandom Pick sa trake menija Modeling (prikazano na slici 7)
Slika 7. Primjer odabira objekta naredbom Pick
Zatim pomoću komande Extrude (slika 8) dodamo još jedan objekat sa potrebnim parametrima već postojećem objektu, a u prozoru koji se otvori (slika 9) postavljamo potrebnu debljinu novog objekta. Također je potrebno promijeniti materijal iz onoga što smo stvorili u bakar (Cooper Pure).
Slika 8. Komanda Extrude
Slika 9. Odabir parametara za novi objekt.
Konačni rezultat je prikazan na slici 10. 
Slika 10. Izgled GND sloja
Nakon što smo kreirali objekt GND sloja, moramo kreirati mikrotrakastu liniju koja će pobuđivati naš dielektrični rezonator. Da bismo kreirali liniju na željenoj lokaciji, moramo odrediti lokalni koordinatni sistem. Da biste to uradili, izaberite centar leve ivice našeg prizemnog sloja koristeći komandu Pick Point → Pick Edge Center na traci sa alatkama Modeling, a zatim kliknite na dugme Align WCS na istom panelu. Slika 11 prikazuje rezultat pokretanja ove naredbe.
Slika 11. Kreiranje lokalnog referentnog okvira.
Zatim, trebamo postaviti naš kreirani lokalni referentni sistem na željenu lokaciju tako što ćemo izvršiti naredbu Transform WCS sa trake sa alatkama Modeling. U prozoru koji se otvori potrebno je da unesete korak po korak parametre prikazane na slici 12. Prvo se krećete po jednoj, a zatim po drugoj koordinatnoj osi.
Slika 12. Transformacija lokalne koordinatne ose
Nakon toga prelazimo direktno na kreiranje mikrotrakaste linije koja će pobuđivati naš rezonator. Proces kreiranja je sličan kreiranju GND sloja, samo se parametri razlikuju. Opet je potrebno zamijeniti materijal u bakar.
Slika 13. Kreiranje mikrotrakaste linije
Nakon što je linija kreirana, napravićemo utor u GND sloju, koji će omogućiti prijenos energije na rezonator. Da bismo to učinili, promijenimo lokaciju lokalnog koordinatnog sistema ponovo. Potrebno je sukcesivno mijenjati položaj koordinatnog sistema prema slici 14.
Slika 14. Promjena koordinatnog sistema.
Zatim, potrebno je da kreirate slot sa sledećim parametrima prikazanim na slici 15. Kreiraćemo objekat koristeći komandu Brick, kao i ranije. Nakon kreiranja objekta, morate ga pretvoriti u utor tako što ćete ga izrezati iz GND sloja.
Slika 15. Parametri bloka slota
Proces rezanja se izvodi odmah nakon kreiranja naredbom Shape Intersection. Dijaloški okvir će se automatski otvoriti nakon kreiranja bloka. U njemu trebate odabrati stavku Cut Away From Highlighted shape, nakon čega će naš kreirani objekt biti izrezan (slika 16). 
Slika 16. Rezultat komande rezanja bloka
Nakon toga počinjemo stvarati dielektrični rezonator. Prvo moramo promijeniti položaj lokalne koordinatne ose. Da biste to uradili, koristite komandu Pick Point → Pick Edge Center da izaberete centar desne ivice GND sloja (slika 17), izaberite komandu Align WCS na panelu Modeling, a zatim koristite komandu Transform WCS da promenite položaj koordinatnog sistema kao što je prikazano na slici 18.
Slika 17. Pomicanje početka koordinatne ose
Slika 18. Konačni rezultat transformacije koordinatne ose.
Sada prelazimo na stvarnu izradu dielektričnog rezonatora. Da bismo to uradili, potrebno je da kreiramo Brick objekat sa sledećim parametrima prikazanim na slici 19. Kreiramo rezonator u centru proreza.
Slika 19. Parametri rezonatora
Kada je rezonator kreiran, stvaranje antene se može smatrati završenim. Opšti prikaz je prikazan na slici 20. Sada treba da kreiramo mesto gde ćemo isporučivati signal, tj. lokacija za instalaciju porta.
Da bismo to učinili, napravit ćemo konektor na anteni, koji će služiti kao priključak.
Slika 20. Izgled antene
Započnimo kreiranje porta pomicanjem ishodišta koordinatne ose kako bismo konektor postavili na pravo mjesto. Odaberite centar lijeve ivice polja GND komandom Pick Point → Pick Edge Center. Nakon toga ćemo izvršiti naredbu Align WCS. Početna tačka koordinatnog sistema će se pomeriti u ovu tačku.
Slika 21. Pomak početka koordinatne ose.
Centralno jezgro konektora kreiramo kao što je prikazano na slici 22. Da biste to uradili, izaberite komandu Cylinder u panelu Modeliranje, pritisnite taster Esc i u prozoru koji se otvori unesite parametre prikazane na slici. 
Slika 22. Centralno jezgro konektora
Sljedeći korak je stvaranje dielektrika oko njega. Kreiramo dielektrik poluprečnika ro, pomeramo koordinatni sistem u centar cilindra centralnog jezgra koji smo kreirali. Pomak se izvodi naredbom Align WCS. Prvo koristite naredbu Pick Face da odaberete vrh cilindra jezgra. Proces izrade je prikazan na slici 23. Potrebno je promijeniti materijal iz Cooper (bakar) u teflon.
Slika 23. Proces stvaranja dielektrika
Zatim stvaramo novi cilindar oko dielektrika, koji će služiti kao vanjski dio konektora, povezujući se sa GND slojem. Proces kreiranja je sličan prethodnom, sa izuzetkom parametara cilindra. Oni su prikazani na slici 24.
Slika 24. Parametri cilindra
Također je potrebno odrezati središnju jezgru konektora od GND sloja. Ovo se radi pomoću naredbe Boolean → Insert, koja se nalazi na panelu Modeliranje. Da biste izrezali jezgro iz GND sloja, potrebno je da ga selektujete u navigacionom stablu, izvršite naredbu Boolean → Insert, i nakon odabira GND sloja u navigacionom stablu, pritisnite taster Enter. Nakon toga, jezgro će se izrezati iz ovog sloja (slika 25).
Slika 25. Rezultat izvršavanja naredbe Insert.
U ovom trenutku, proces stvaranja antene je završen, možete nastaviti s izračunavanjem njegovih karakteristika.
Antenna Research
Nakon kreiranja antene, potrebno je da na nju povežemo signal. U CST Microwave Studio, proces povezivanja signala na antenu je stvaranje takozvanog porta. U našoj anteni ćemo kreirati port na kreiranom konektoru.
Da biste kreirali port, potrebno je otići na karticu menija Simulation, pronaći stavku Pick Point i sa padajuće liste odabrati Pick Face Center (slika 26) i kliknuti na naš konektor. Nakon toga, potrebno je da odaberete stavku Waveguard Port u panelu Simulation i postavite parametre porta, kao na slici 26.
Slika 26. Proces kreiranja talasnog porta.
Nakon kreiranja porta trebamo odabrati karakteristike koje ćemo modelirati. Da biste to učinili, na kartici Simulation odaberite stavku Field Monitor i u prozoru koji se otvori odaberite opciju za izgradnju uzorka zračenja (Farfield/RCS) i unesite vrijednost frekvencije na kojoj ćemo izgraditi obrazac. U našem slučaju to je 5,78 GHz. Proces kreiranja monitora polja prikazan je na slici 27.
Slika 27. Kreiranje terenskog monitora.
Nakon instaliranja svih potrebnih monitora, potrebno je pokrenuti antenu za izračunavanje parametara, za šta na kartici menija Simulation izaberite stavku Setup Solver, a u prozoru koji se pojavi navedite parametre u skladu sa slikom 28.
Slika 28. Prozor za podešavanje Solvera
Ograničićemo tačnost proračuna na -25 dB da bismo ubrzali proračun. Također ćemo postaviti parametar Normalize to fixed Impedance, tj. Proračun će se izvršiti za fiksnu vrijednost otpora od 50 oma. Klikom na dugme Start pokrećemo program za izračunavanje parametara.
Rezultati modeliranja parametara prikazani su na slikama 29 - 32. Slika 29 je VSWR vrijednost ovisno o frekvenciji, slika 30 je dijagram zračenja u polarnom koordinatnom sistemu, a slika 31 je 3D prikaz dijagrama antene. Na slici 32 prikazan je grafikon vrijednosti parametra S11
Slika 29. VSWR antene
Slika 30. Shema antene u polarnom koordinatnom sistemu
Slika 31. 3D prikaz dijagrama zračenja.
Slika 32. Vrijednost parametra S11
Zaključak
Na osnovu karakteristika dobijenih kao rezultat modeliranja, možemo reći da antena ima loša svojstva usmjerenja. Antena takođe ima veoma visok nivo bočnih režnjeva, što takođe stvara probleme pri prijemu i zračenju signala. VSWR u radnom frekvencijskom opsegu ima lošu karakteristiku, što može ukazivati na nedostatke u dizajnu antene.
Dobiveni podaci se uvelike razlikuju od rezultata dobivenih od izvora iz kojeg je antena modelirana. Slike 33 i 34 prikazuju neke od parametara antene. Antena je dizajnirana striktno u skladu sa izvorom, ponavljajući ga korak po korak. Ovako velika razlika u parametrima može nastati zbog modeliranja antene na izvoru u mnogo ranijoj verziji CST Microwave Studio-a, i kao rezultat toga, zbog razlike u algoritmima proračuna.
Neophodno je dalje usavršavanje mehaničkih parametara antene da bi se postigao dijagram zračenja dat u izvoru.
Slika 32. Shema antene u polarnom koordinatnom sistemu
Slika 34. Vrijednost parametra S11.
Bibliografija
1. Antene i mikrovalni uređaji. Projektovanje faznih antenskih nizova. Voskresensky D.I., Granovskaya R.A., Moskva, “Radio i komunikacije”
1981
2. Bilješke s predavanja
