Modelarea unei joncțiuni coaxiale a ghidului de undă în studioul cst. Recepția conferinței spre publicare în EBS al Universității de Stat din Sankt Petersburg „Leti”. Sisteme de antene cu bandă ultra-largă

Detalii Publicate 18.11.2019

Dragi cititori! Din 18 noiembrie 2019 până în 17 decembrie 2019, universitatea noastră a beneficiat de acces gratuit de testare la o nouă colecție unică în Lan EBS: „Military Affairs”.
O caracteristică cheie a acestei colecții este materialul educațional de la mai multe edituri, selectat special pe teme militare. Colecția include cărți de la edituri precum: „Lan”, „Infra-Engineering”, „New Knowledge”, Universitatea de Stat de Justiție din Rusia, MSTU. N. E. Bauman și alții.

Testați accesul la sistemul electronic de bibliotecă IPRbooks

Detalii Publicate 11.11.2019

Dragi cititori! În perioada 8 noiembrie 2019 - 31 decembrie 2019, universitatea noastră a beneficiat de acces gratuit de testare la cea mai mare bază de date cu text integral din Rusia - Sistemul de bibliotecă electronică IPR BOOKS. EBS IPR BOOKS conține peste 130.000 de publicații, dintre care peste 50.000 sunt publicații educaționale și științifice unice. Pe platformă, aveți acces la cărți curente care nu pot fi găsite în domeniul public pe Internet.

Accesul este posibil de pe toate calculatoarele din rețeaua universității.

„Hărți și diagrame în colecțiile Bibliotecii Prezidențiale”

Detalii Publicate 06.11.2019

Dragi cititori! Pe 13 noiembrie, ora 10:00, biblioteca LETI, în cadrul unui acord de cooperare cu Biblioteca Prezidențială B.N. Elțin, invită angajații și studenții Universității să participe la conferința-webinar „Hărți și diagrame în colecțiile Institutului. Biblioteca Prezidențială.” Evenimentul se va desfășura în format difuzat în sala de lectură a secției de literatură socio-economică a bibliotecii LETI (cladirea 5 sala 5512).

Cuvinte cheie

FILTRU TRECE ÎNALT/FRECVENȚA DE CUUT/ LĂȚIME DE BANDA/ CST STUDIO CU MICROUNDE / FRECVENȚA DE DECUPERARE A FILTRULUI PENTRU ÎNALT/LĂȚIME DE BANDA

Adnotare articol științific despre inginerie electrică, inginerie electronică, tehnologia informației, autorul lucrării științifice - Dmitry Sergeevich Derachits, Natalya Nikolaevna Kisel, Sergey Grigorievich Grishchenko

Pentru a proteja dispozitivele de interferențe și pentru a rezolva problema compatibilității electromagnetice, este necesar să folosiți filtre cu o atenuare de 60 dB sau mai mult în banda de oprire. Dispozitivele de acest tip nu numai că trebuie să suprime în mod eficient interferența în intervalul de frecvență necesar, ci și să aibă o protecție bună împotriva pătrunderii interferențelor externe induse în dispozitiv. Aplicație filtre de înaltă frecvențăîn calea semnalului poate îmbunătăți semnificativ raportul semnal-zgomot al întregului dispozitiv prin suprimarea zgomotului de joasă frecvență și a devierii semnalelor cu frecvențe mai mici decât limita inferioară a spectrului de frecvență a semnalului dorit. S-a efectuat o simulare a unui filtru cu o frecvență de tăiere de 90 MHz, în care atenuarea în banda de operare nu este mai mare de 1 dB, iar suprimarea este în afara lățime de bandă nu mai puțin de 90 dB. Filtrul este un circuit oscilant în serie conectat în paralel. Fiecare dintre circuite are un cuplaj capacitiv cu circuitul vecin și funcționează ca un filtru de respingere reglat la una dintre frecvențele de suprimare. Benzile suprapuse cu fiecare filtru implementează întreaga lățime de bandă a crestăturii filtrului, definită de la 0 la 90 MHz. Proiectarea a fost realizată în două etape: modelarea circuitului și modelarea completă electromagnetică 3D, ținând cont de carcasa metalică și posibila influență între etape datorită undelor de suprafață care apar pe substratul dielectric al filtrului. Pachetul CAD cu microunde CST Microwave Studio oferă analiza parametrilor câmpului electromagnetic din volumul filtrului proiectat și efectuează un calcul riguros al caracteristicilor sale tehnice.

Subiecte conexe lucrări științifice despre inginerie electrică, inginerie electronică, tehnologia informației, autorul lucrării științifice - Dmitry Sergeevich Derachits, Natalya Nikolaevna Kisel, Sergey Grigorievich Grishchenko

Modelarea unui comutator de fază controlat electric cu o structură de filtru cu bandă-stop cu microbandă
2013 / Kisel Natalya Nikolaevna, Grișcenko Serghei Grigorievici, Bogacenko Denis Alexandrovici
Opțiuni pentru construirea filtrelor cu ghid de undă ondulat
2018 / Ovechkin V.S., Popov N.O.
Dezvoltarea și cercetarea filtrelor de bandă cu lungime de undă scurtă cm
2018 / Korogod Vladimir Vladimirovici, Borovsky Roman Eduardovici, Kosov Alexander Sergeevich, Skulachev Dmitri Petrovici
Filtru trece-bandă ultra-larg cu respingere a zgomotului de peste 100 dB
2013 / Balva Ya F., Serzhantov A. M., Khodenkov S. A., Ivanin V. V., Shokirov V. A.
Caracteristici ale designului filtrelor rezonatoare cu scară bazate pe unde acustice de suprafață pentru modulele duplexoare ale sistemelor de comunicații mobile
Dezvoltarea unui algoritm simplificat pentru proiectarea BPF-urilor microstrip pe rezonatoare în ac de păr cu găuri în stratul de ecranare pe baza analizei electrodinamice în programul Ansoft HFSS
2012 / Petrova E. V., Furmanova N. I., Farafonov A. Yu.
Algoritmi pentru sinteza filtrelor band-stop pe linii neomogene netede pentru dispozitive CAD cu microunde
2014 / Berdyshev R.V., Kordyukov R.Yu., Berdyshev V.P., Pomazuev O.N., Khripun S.I.
Analiza efectelor electromagnetice în filtrele cu scară rezonatoare cu microunde pe undele acustice de suprafață
2018 / Orlov Viktor Semenovici, Rusakov Anatoly Nikolaevici
Modelarea și studiul experimental al unui filtru microbandă bazat pe rezonatoare cu semi-undă
2016 / Andrianov Artur Valerievich, Zikiy Anatoly Nikolaevich, Zlaman Pavel Nikolaevich
Filtru microbandă bazat pe rezonatoare cu jumătate de undă
2017 / Andrianov A.V., Bykov S.A., Zikiy A.N., Pustovalov A.I.

Pentru a proteja împotriva interferențelor și pentru a rezolva problema compatibilității electromagnetice este necesar să folosiți filtre cu atenuare de 60 dB sau mai mult în banda de oprire. Dispozitivele de acest fel nu numai că trebuie să reducă eficient zgomotul în intervalul de frecvență dorit, dar și să aibă o protecție bună împotriva pătrunderii în dispozitiv indusă de zgomotul extern. Utilizarea filtrului de trecere înaltă în calea semnalului poate îmbunătăți semnificativ raportul semnal/zgomot al întregului dispozitiv prin suprimarea zgomotului de joasă frecvență și a semnalelor de deriva cu frecvențe mai mici decât limita inferioară a spectrului de frecvență a semnalului dorit. Lucrarea a fost efectuată modelarea filtrului cu o frecvență de tăiere de 90 MHz, a cărui atenuare în banda de funcționare este mai mică de 1 dB, iar suprimarea este o lățime de bandă nu mai mică de 90 dB. Un filtru este un circuit rezonant în serie conectat în paralel. Fiecare circuit este cuplat capacitiv la un circuit adiacent și funcționează ca un filtru de oprire a benzii configurat pentru a suprima una dintre frecvențe. Benzile suprapuse ale fiecărui filtru implementează întregul set de filtru de respingere a benzii de la 0 la 90 MHz. Proiectarea a fost realizată în două faze: simularea circuitului și simularea electromagnetică 3D completă cu corpul metalic și posibilul impact între etape din cauza undelor de suprafață generate pe un filtru de substrat dielectric. Software-ul CAD Microwave CST Microwave Studio oferă o analiză a parametrilor câmpului electromagnetic în volumul designului filtrului și implementează un calcul riguros al caracteristicilor sale tehnice.

Textul lucrării științifice pe tema „Modelarea unui filtru de trecere înaltă bazat pe CAD CST Microwave Studio”

17. Popovich V., Vanurin S., Kokh S., Kuzyonny V. Intellectual Geographic Information System for navigation safety // Revista IEEE Aerospace and Electronic Systems. - 2011. - Vol. 26.

18. Belyakov S.L., Didenko D.A., Samoilov D.S. Procedura adaptativă pentru gestionarea prezentării zonei de lucru a unei hărți electronice // Izvestia Universității Federale de Sud. Științe tehnice.

2011. - Nr. 1 (114). - p. 125-130.

19. Belyakov S.L., Rosenberg I.N. Shell inteligente software pentru sistemele de informații geografice. - M.: Lumea științifică, 2010.

20. Belyakov S.L., Belyakova M.L., Rosenberg I.N. Constrângeri de integritate la vizualizarea unei baze de date spațiale // Știri ale Universității Federale de Sud. Ştiinţe tehnice - 2013. - Nr. 5. (142). - p. 138-143.

21. Luger G.F. Inteligența artificială: structuri și strategii pentru rezolvarea problemelor complexe.

Addison Wesley. - 2004.

22. Belyakov S.L., Bozhenyuk A.V., Ginis L.A., Gerasimenko E.M. Metode de control al fluxului fuzzy în sistemele de informații geografice. - Taganrog. - 2013.

23. Varshavsky P.R., Eremeev A.P. Modelarea raționamentului bazat pe precedente în sistemele inteligente de sprijinire a deciziilor // Inteligența artificială și luarea deciziilor. - 2009. - Nr. 1. - P. 45-57.

24. Vagin V.N., Golovina E.Yu., Zagoryanskaya A.A., Fomina M.V. Inferență fiabilă și plauzibilă în sisteme inteligente / Ed. Vaginul V.N. și Pospelova D.A.

M.: Fizmatlit. - 2008.

25. Khoroshevsky V.F Interpretarea semantică a modelelor de date bazată pe o abordare structurală // Inteligența artificială și luarea deciziilor. - 2013. - Nr 2. - P. 3-13.

Belyakov Stanislav Leonidovich - Universitatea Federală de Sud; e-mail: [email protected]; 347928, Taganrog, bandă. Nekrasovsky, 44 de ani; tel.: +78634371695; Departamentul Sisteme Informaţionale şi de Securitate Analitică; doctor în științe tehnice; profesor.

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [email protected]; doctor în științe tehnice; profesor.

Igor Naumovich Rosenberg - Institutul de Cercetare și Proiectare al Inginerilor de Transport Feroviar (NIIAS); e-mail: [email protected]; 109029, Moscova, st. Nizhegorodskaya, 27, clădirea 1; tel.: 84959677701; adjunct director general; Doctor în științe tehnice

Belyakov Stanislav Leonidovich - Universitatea Federală de Sud; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Rusia; telefon: +78634371695; departamentul de sisteme informatice analitice de securitate; dr. de ing. sc.; profesor

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [email protected]; dr. de ing. sc.; profesor

Rozenberg Igor Naymovich - Corporație publică „Institutul de cercetare și dezvoltare al inginerilor feroviari”; e-mail: [email protected]; 27/1, Nizhegorodskaya, Moscova, 109029, Rusia; telefon: +74959677701; director adjunct; dr. de ing. sc.

UDC 621.396.67

D.S. Derachits, N.N. Kisel, S.G. Grişcenko

MODELAREA PE BAZĂ CAD A STUDIULUI CST CU MICROUNDE A UNUI FILTRU DE PASĂ ÎNALT

interferențe externe. Utilizarea filtrelor de înaltă frecvență în calea semnalului poate îmbunătăți semnificativ raportul semnal-zgomot al întregului dispozitiv prin suprimarea zgomotului de joasă frecvență și a deriva semnalelor cu frecvențe mai mici decât limita inferioară a spectrului de frecvență a semnalului dorit. . S-a efectuat o simulare a unui filtru cu o frecvență de tăiere de 90 MHz, în care atenuarea în banda de funcționare nu este mai mare de 1 dB, iar respingerea în afara benzii de trecere nu este mai mică de 90 dB. Filtrul este un circuit oscilant în serie conectat în paralel. Fiecare dintre circuite are un cuplaj capacitiv cu circuitul vecin și funcționează ca un filtru de respingere reglat la una dintre frecvențele de suprimare. Benzile suprapuse cu fiecare filtru implementează întreaga lățime de bandă a crestăturii filtrului, definită de la 0 la 90 MHz. Proiectarea a fost realizată în două etape: modelarea circuitului și modelarea complet SD-electromagnetică, ținând cont de carcasa metalică și posibila influență între etape datorită undelor de suprafață care apar pe substratul dielectric al filtrului. Pachetul CAD cu microunde CSTMicrowave Studio oferă analiza parametrilor câmpului electromagnetic din volumul filtrului proiectat și efectuează un calcul riguros al caracteristicilor sale tehnice.

filtru trece-înalt; frecvența de tăiere; lățime de bandă; Studio cu microunde CST.

D.S. Derachits, N.N. Kisel, S. G. Grişcenko

SIMULARE A FILTRULUI HI-PASS FOLOSIND SOFTWARE-UL CST MICROWAVE STUDIO

Pentru a proteja împotriva interferențelor și pentru a rezolva problema compatibilității electromagnetice este necesar să folosiți filtre cu atenuare de 60 dB sau mai mult în banda de oprire. Dispozitivele de acest fel nu numai că trebuie să reducă eficient zgomotul în intervalul de frecvență dorit, dar și să aibă o protecție bună împotriva pătrunderii în dispozitiv indusă de zgomotul extern. Utilizarea filtrului de trecere înaltă în calea semnalului poate îmbunătăți semnificativ raportul semnal/zgomot al întregului dispozitiv prin suprimarea zgomotului de joasă frecvență și a semnalelor de deriva cu frecvențe mai mici decât limita inferioară a spectrului de frecvență a semnalului dorit. Lucrarea a fost efectuată modelarea filtrului cu o frecvență de tăiere de 90 MHz, a cărei atenuare în banda de funcționare este mai mică de 1 dB, iar suprimarea este lățimea de bandă - nu mai puțin de 90 dB. Un filtru este un circuit rezonant în serie conectat în paralel. Fiecare circuit este cuplat capacitiv la un circuit adiacent și funcționează ca un filtru de oprire a benzii configurat pentru a suprima una dintre frecvențe. Benzile suprapuse ale fiecărui filtru implementează întregul set de filtru de respingere a benzii de la 0 la 90 MHz. Proiectarea a fost realizată în două faze: simularea circuitului și simularea completă 3D - electromagnetică cu corpul metalic și posibilul impact între etape din cauza undelor de suprafață generate pe un filtru de substrat dielectric. Software-ul CAD Microwave CST Microwave Studio oferă o analiză a parametrilor câmpului electromagnetic în volumul designului filtrului și implementează un calcul riguros al caracteristicilor sale tehnice.

Frecvența de tăiere a filtrului de trecere înaltă; lățime de bandă; Studio cu microunde CST.

Introducere. Ritmul de dezvoltare a echipamentelor de infocomunicații și a sistemelor energetice duce la o deteriorare a mediului electromagnetic. Un nivel crescut de interferență în afara intervalului de frecvență de funcționare duce la defecțiuni ale echipamentelor radio-electronice existente (REA). Pentru a proteja echipamentele electronice de interferențe și pentru a rezolva problema compatibilității electromagnetice, este necesar să folosiți filtre cu o atenuare de 60 dB sau mai mult în banda de oprire. Dispozitivele de acest tip nu numai că trebuie să suprime în mod eficient interferența în intervalul de frecvență necesar, ci și să aibă o protecție bună împotriva pătrunderii interferențelor externe induse în echipamentele electronice.

Principalii parametri tehnici ai oricărui filtru includ, de obicei: caracteristicile de amplitudine și frecvență de fază (AFC și PFC), frecvența(e) de tăiere, banda de trecere, banda de suprimare, nivelul de atenuare în banda de trecere, nivelul de suprimare și altele. Frecvența de tăiere în orice filtru este considerată a fi frecvența la care amplitudinea semnalului de ieșire atinge un nivel de 0,707 (-3 dB pe o scară logaritmică) din valoarea sa maximă. În acest caz, puterea furnizată sarcinii la ieșirea filtrului este jumătate din valoarea sa maximă. Banda de frecvență în cadrul căreia

Puterea semnalului de ieșire variază de la valoarea sa maximă la jumătate, numită lățime de bandă (transparență) a filtrului. În consecință, banda de frecvență în care puterea în sarcină se schimbă de la jumătate din valoarea maximă la minimă (în limită - zero) este în mod tradițional considerată a fi banda de suprimare (blocare sau crestătură) a filtrului.

Se știe că un filtru trece-înalt (HPF) este un dispozitiv care suprimă semnalele de intrare în domeniul de frecvență sub frecvența de tăiere a acestui filtru. Filtrele de trecere înaltă ale semnalelor analogice pot fi active, de ex. care necesită surse de energie pentru funcționarea lor și cele pasive, care nu necesită astfel de surse. Un filtru activ de trecere înaltă trebuie să utilizeze elemente active realizate folosind tehnologia microelectronică, de exemplu, amplificatoare operaționale, în timp ce un filtru pasiv de trecere înaltă poate fi realizat numai folosind componente electronice pasive. Este important de remarcat aici că utilizarea oricărui filtru trece-înalt în calea semnalului unui REA poate îmbunătăți semnificativ raportul semnal-zgomot al întregului dispozitiv prin suprimarea zgomotului de joasă frecvență și a devierii semnalelor cu frecvențe mai mici decât limita inferioară a spectrului de frecvență al semnalului util.

Simularea unui filtru trece-înalt. În această lucrare, am simulat un filtru trece-înalt cu o frecvență de tăiere de 90 MHz, în care atenuarea în banda de operare nu este mai mare de 1 dB, iar suprimarea în afara benzii de trecere nu este mai mică de 90 dB. Filtrul este implementat ca un filtru trece-înalt de ordinul douăzeci și constă din circuite oscilatoare seriale conectate în paralel (Fig. 1).

Fiecare dintre circuite are un cuplaj capacitiv cu circuitul vecin și funcționează ca un filtru de respingere reglat la una dintre frecvențele de suprimare. Benzile suprapuse cu fiecare filtru implementează întreaga bandă de respingere a filtrului trece-înalt, specificată de la 0 la 90 MHz.

Orez. 1. Circuit electric al unui filtru trece-înalt de ordinul XX

Proiectarea a fost realizată în două etape: modelarea circuitului și modelarea completă 3B - electromagnetică, ținând cont de carcasa metalică și de posibila influență între etape datorită undelor de suprafață care apar pe substratul dielectric al filtrului. Ca rezultat al modelării circuitului, au fost calculate capacitățile și inductanțele circuitului de filtru, al cărui răspuns în frecvență este prezentat în Fig. 2. Parametrii elementelor filtrante concentrate sunt dați în tabel. 1

Orez. 2. Model tridimensional al unui filtru trece-înalt în SBT

Tabelul 1

Opțiuni pentru elementul filtrant concentrat

Denumire Nominal, nH Denumire Nominal, pF Denumire Nominal, pF

L4, L5, L6, L7 82 С13 33 С17 75

L8 100 C5, C9, C11 36 C4 82

L3 110 С7 39 С16 100

L9 133 C15 43 C2 120

L2 220 С3 47 С1 150

L10 276 C8, C10 51 C18 280

L1 680 C6 56 C19 1000

Modelarea 3D a fost realizată în pachetul CAD cu microunde CST Microwave Studio parametrii elementelor de filtrare pasive concentrate obținuți în prima etapă a modelării circuitului și prezentați în tabelul de mai sus au fost utilizați ca date inițiale. Substratul utilizat a fost laminat din fibră de sticlă FR4 cu o grosime de 1 mm, constantă dielectrică £=4,6 și tangentă de pierdere dielectrică 5=0,015. Modelul de filtru în CST Microwave Studio și răspunsul în frecvență pentru parametrii S sunt prezentate în Fig. 2, respectiv 3.

Parametrul S

12D -i-i-i-i-i-i-i-

0 50 100 150 200 250 300 350 «0

Orez. 3. Parametrii AFC ai filtrului de trecere înaltă

După cum se poate observa din fig. 3, în regiunea de respingere a filtrului trece-înalt de la 0 la 70 MHz, a fost observat un răspuns inegal în frecvență. În acest caz, nivelul de suprimare a variat într-un interval semnificativ de la -70 dB la -110 dB. În plus, nivelul minim de suprimare s-a dovedit a fi cu 20 dB mai mic decât același parametru obținut în etapa de modelare a circuitului. Acest fapt poate fi explicat prin influența reciprocă a cascadelor de filtre trece-înalte unele asupra altora datorită apariției undelor de suprafață în substratul dielectric, care nu pot fi luate în considerare în modelarea circuitelor.

În fig. Figurile 4-7 prezintă distribuțiile vectorului Poynting și a intensității câmpului electric în secțiunea longitudinală a filtrului de trecere înaltă fără ecranare între trepte în banda de suprimare la o frecvență de 80 MHz și în banda de trecere la o frecvență de 400 MHz. , respectiv.

Orez. Fig. 4. Distribuția vectorului Poynting în secțiunea longitudinală a filtrului trece-înalt în banda de suprimare la o frecvență de 80 MHz

Orez. 5. Distribuția intensităților câmpului electromagnetic în secțiunea longitudinală a filtrului trece-înalt în banda de suprimare la o frecvență de 80 MHz

Orez. 6. Distribuția vectorului Poynting în secțiunea longitudinală a filtrului de trecere înaltă în banda de trecere la o frecvență de 400 MHz

Orez. 7. Distribuția intensităților câmpului electromagnetic în secțiunea longitudinală a filtrului de trecere înaltă în banda de trecere la o frecvență de 400 MHz

După cum se poate observa din distribuțiile de mai sus, amplitudinile câmpului electromagnetic și ale vectorului Poynting sunt aproape complet atenuate de filtrul trece-înalt la o distanță mai mică de jumătate din lungimea longitudinală a filtrului la o frecvență de 80 MHz și ajung ieșirea filtrului la o frecvență de 400 MHz aproape fără pierderi. În banda de respingere, cu distanța față de substrat perpendicular în sus, amplitudinile câmpului și ale vectorului de indicare scad considerabil. În banda de trecere, atunci când se îndepărtează de linia microstrip și de substratul dielectric în orice direcție, atenuarea amplitudinilor câmpului și a vectorului Poynting are loc mult mai lentă și mai slab câmpul este localizat în imediata apropiere a dielectricului;

Pentru a reduce cuplarea electromagnetică dintre cascade, se folosesc ecrane de oțel sub formă de plăci, separând toate cascadele de filtru unele de altele. Modelul unui astfel de filtru și dependențele răspunsului în frecvență pentru parametrii săi S sunt prezentate în Fig. 8, respectiv 9.

Orez. 8. Filtru trece-înalt cu ecranare între etape

În fig. 9, 10 arată distribuția vectorului Poynting în secțiunea longitudinală a filtrului trece-înalt cu ecranare între trepte în banda de suprimare și în banda de trecere a filtrului. Similar cu rezultatele pentru un filtru fără ecrane (vezi Fig. 6, 7), amplitudinile vectorului Poynting sunt aproape complet atenuate de un filtru trece-înalt ecranat la o distanță mai mică de jumătate din lungimea longitudinală a filtrului la o frecvență de 80 MHz și ajunge la ieșirea unui astfel de filtru la o frecvență de 400 MHz aproape fără pierderi. Cu toate acestea, în acest caz, conform fig. 10 și 11, energia câmpului electromagnetic este concentrată în jurul liniei de microbenzi, a ecranelor interetajate și pe substratul dielectric însuși și ocupă un volum semnificativ mai mic în întreg filtrul.

Orez. Fig. 10. Distribuția vectorului Poynting în secțiunea longitudinală a unui filtru trece-înalt cu ecranarea tuturor treptelor din banda de suprimare la o frecvență de 80 MHz

Orez. 11. Distribuția vectorului Poynting în secțiunea longitudinală a filtrului de trecere înaltă cu ecranarea tuturor etapelor din banda de trecere la o frecvență de 400 MHz

Parametrul S

la ■->.____

Orez. 9. Caracteristicile de frecvență ale parametrilor S ai filtrului trece-înalt cu screening-ul tuturor

cascade

Concluzie. O comparație a curbelor de răspuns în frecvență pentru un filtru trece-înalt cu și fără ecrane a arătat că utilizarea plăcilor de ecranare îmbunătățește semnificativ suprimarea semnalelor în banda de crestătură a filtrului. În același timp, cel mai scăzut nivel de atenuare a semnalului a fost nu mai puțin de -90 dB. Utilizarea ecranelor afectează semnificativ undele de suprafață și spațiale, reducând semnificativ nivelul acestora în interiorul volumului filtrului. În esență, ecranele interstage formează o structură de încetinire a pieptenelor, care, împreună cu substratul dielectric, contribuie la generarea undelor de suprafață. O trăsătură caracteristică a unei unde de suprafață este decăderea exponențială a amplitudinii câmpului și a vectorului Poynting în direcția transversală de la suprafața longitudinală a structurii de încetinire în sine, de-a lungul căreia este transferată energia câmpului, ceea ce este pe deplin confirmat de rezultatele simularii de mai sus. .

Astfel, sarcina de a proiecta un filtru include dezvoltarea schemei sale de circuit cu luarea în considerare obligatorie a prezenței surselor externe de interferență și a posibilei influențe a carcasei și a cascadelor de filtru una asupra celeilalte, a căror acțiune afectează în mod semnificativ caracteristicile tehnice ale filtrul. La proiectarea filtrelor cu un nivel ridicat de suprimare, modelarea circuitelor nu poate descrie în mod adecvat procesele în desfășurare de formare a câmpului electromagnetic, de aceea este necesară efectuarea unei analize electromagnetice tridimensionale a întregului dispozitiv folosind medii specializate de modelare electronică. Pachetul CAD cu microunde CST Microwave Studio oferă analiza parametrilor câmpului electromagnetic în volumul filtrului proiectat și efectuează un calcul destul de riguros al caracteristicilor sale tehnice.

LISTA BIBLIOGRAFICĂ

1. Herrero D., Willoner G. Sinteza filtrelor: Trad. și engleză / Ed. I.S. Gonorovski.

M.: Sov. radio, 1971. - 232 p.

2. Hanzed G.E. Manual pentru calcularea filtrelor. Pe. din engleză / Ed. A.E. Znamensky.

M.: Sov. radio, 1974. - 288 p.

3. Antene și dispozitive cu microunde. Proiectarea antenelor Phased Array / Ed. DI. Voskresensky. - M.: Inginerie radio, 2012. - 744 p.

4. Veseloye G.I., Egorov E.N., Alekhin Yu.N. şi alţii Editat de G.I. Dispozitive microelectronice cu microunde. - M.: Mai sus. scoala, 1988. - 280 p.

5. Sychev A.N. Dispozitive controlate cu microunde bazate pe structuri de bandă multimode.

Tomsk: Universitatea de Stat din Tomsk, 2001. - 318 p.

6. Bova N.T., Stukalo P.A., Hramov V.A. Dispozitive de control al cuptorului cu microunde. - Kiev: Tehnologie, 1973. - 163 p.

7. Manual de calcul și proiectare a dispozitivelor cu bandă cu microunde / Ed. V.I. Wolman. - M.: Radio și comunicare, 1982. - 328 p.

8. Statz H., Newman P., Smith I., Pucel R., Haus H. GaAs FET device andl circuit simulation in SPICE // IEEE Trans. Dispozitive electronice. - 1987. - Vol. ED-34, nr. 2. - P. 160-169.

9. Razevig V.D., Potapov Yu.V., Kurushin A.A. Proiectarea dispozitivelor cu microunde folosind Microwave Office - M.: SOLON-Press, 2003. - 496 p.

10. Proiectare și calcul dispozitive cu bandă / Ed. I.S. Kovaleva. - M.: Sov. radio, 1974. - 295 p.

11. Bova N.T. și altele. - Kiev: Tehnologie, 1984. - 182 p.

12. Voronin M.Ya. Linii de transmisie neregulate cu microunde: teorie și aplicare. - Novosibirsk: Universitatea Tehnică de Stat din Novosibirsk, 1994. - 291 p.

13. Znamensky A.E., Popov E.S. Filtre electrice reglabile. - M.: Comunicare, 1979. - 128 p.

14. Saavedra S., Zheng Y. Ring-Hybrid Microwave Voltage-Variable Atenuator Utilizând tranzistori HFET // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2005. - Vol. 53, nr 7. - P. 2430-2433.

15. Postnikov V.F. Elemente ale teoriei liniilor de bandă. - Novosibirsk, 1994. - 89 p.

16. Matthay D.L., Young L., Jones E.M.T. Filtre cu microunde, circuite de potrivire și circuite de comunicație.

M.: Comunicare, 1971. - T. 1. - 495 p.

17. Razinkin V.P., Belotelov V.V. Noi principii pentru construirea filtrelor trece-bandă de microunde // Proceedings of the 4th International Conference APEP-98, Novosibirsk, 1998. - P. 133 136.

18. Calculul filtrelor ținând cont de pierderi. Director, traducere din germana / Ed. Silvinskoy K.A. - M.: Comunicare, 1972. - 200 p.

19. Osipenkov V.M., Bachinina E.L., Feldshtein A.L. Probleme de calcul a filtrelor de microunde cu pierderi // Inginerie radio. - 1973. - T. 28, nr. 4. - P. 25-30.

20. Lucyszyn S., Robertson D. Blocuri de construcție pentru topologia de reflexie analogică pentru aplicații adaptive de procesare a semnalului cu microunde // IEEE Trans. Teoria cuptorului cu microunde Teh. - 1995. - Vol. 43, nr 3. - p. 601-611.

21. Matveev S.Yu., Razinkin V.P. Filtru cu microunde în bandă îngustă // Brevet RF 2185693: 7 N 01 R 1/20, 7/00. 2002. Bull. nr. 20.

22. Razinkin V.P., Belotelov V.V. Filtre cu microunde extrem de selective // În curs de conferință IEEE-Rusia Microunde electronice (MEMIAT997). - Novosibirsk: NSTU, 1997.

23. Matveev S.Yu., Razinkin V.P. Filtru microunde cu microbandă // Știri ale universităților. Radioelectronica. - 2001. - T. 44. - Nr. 7-8. - pp. 38-41.

24. Grishchenko S.G., Derachits D.S., Kisel N.N. Modelarea 3D a unui filtru trece-înalt cu microbandă în pachetul BG^//Modern Electronics. - 2015. - Nr. 4. - P. 72-76.

25. Kurushin A.A. Școală de proiectare a dispozitivelor cu microunde în CST Studio Suite. - M.: O carte, 2014. - 433 p.

Derachits Dmitri Sergheevici - Universitatea Federală de Sud; e-mail: [email protected]; 347928, Taganrog, bandă. Nekrasovsky, 44 de ani; tel.: 88634371634; Departamentul de Antene si Dispozitive de Transmisie Radio; student absolvent.

Kisel Natalya Nikolaevna - Departamentul de antene și dispozitive de transmisie radio; profesor; doctorat; conf. univ

Grishchenko Sergey Grigorievich - Director al Institutului de Sisteme de Inginerie Radio și Control; doctorat; conf. univ

Derachits Dmitriy Sergeevich - Universitatea Federală de Sud; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Rusia; telefon: +78634371634; catedra de antene si radiotransmitator, student absolvent.

Kisel Natalia Nikolayevna - departamentul de antene și transmițătoare radio; profesor; cand. de ing. sc.; conf. univ

Grishchenko Sergey Grigorievich - director al Institutului de sisteme de inginerie radio și control; cand. de ing. sc.; conf. univ

A.V. Fateev

pentru utilizare interuniversitară ca suport didactic pentru studenții care studiază în domenii de pregătire de specialitate

„Sisteme și complexe radio-electronice” – 210601.65 și master „Inginerie radio” – 210400.68

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

UNIVERSITATEA DE STAT DE SISTEME DE CONTROL ȘI RADIO ELECTRONICĂ TOMSK (TUSUR)

Departamentul de Inginerie Radio cuantică și Microunde

Fateev A.V.

Folosind software-ul CST Microwave Studio

pentru calcularea antenelor și dispozitivelor cu microunde

Tutorial

Pentru studenții care studiază în domeniile de pregătire de specialitate 210601.65 – Sisteme și complexe radio-electronice și master 210400.68 – Inginerie radio

UDC 621.3.049.77.029:681.3.06

Recenzători:

Ph.D. fizica si matematica Științe, Cercetător, Laboratorul de Electronică de Înaltă Frecvență, ISE SB RAS

Bolzovsky E.V.

Ph.D. tehnologie. Științe, conferențiar, șef. Departamentul de inginerie radio, Instituția de învățământ autonomă de stat federal de învățământ profesional superior „Universitatea Federală Siberiană”

Salomatov Yu.P.

Fateev A.V.

Utilizarea software-ului CST Microwave Studio pentru calcularea antenelor și dispozitivelor cu microunde: Tutorial. – Tomsk: Tomsk. stat Universitatea de Sisteme de Control și electronică radio, 2014. – 120 p.

Sunt prezentate elementele de bază ale lucrului cu sistemul de proiectare electrodinamic CST Microwave Studio. Sunt date exemple de antene de modelare și dispozitive cu microunde. Sunt luate în considerare caracteristicile procesării rezultatelor proiectării.

Manualul este destinat studenților universităților tehnice,

Inginerie radio, și include materiale educaționale la disciplina „Dispozitive cu microunde și antene”.

Introducere................................................. ....... ................................................. ............. .......
	Introducere în CST Microwave Studio ............................................. ....... .............
	1.1. Despre program.................................................. ...........................................
	1.2. Acțiuni și setări de bază pentru crearea unui model CAD..........
	1.3. Crearea obiectelor ................................................................ ........................................
	1.4. Proprietățile obiectului................................................ ... ............................
	1.5. Proprietățile materialelor.................................................................. ........ ........................
	1.6. Conversia unui obiect................................................... ........................
	1.7. Legături de obiecte................................................. ........................................
	1.8. Exemple de utilizare a legăturilor.................................................. ..................... ...
	1.9. Utilizarea curbelor.................................................. ........ .................
	Setări pentru calcule electromagnetice.................................................. ......................
	2.1.Scopul porturilor dispozitivului.................................................. ........ ...........
	2.2.Subdiviziunea grilă.................................................. .... ...................................
	Un exemplu de modelare a unei tranziții coaxiale-ghid de undă....
	Calculul antenei E-sectoriale.................................................. ......... .............
	Exemplu de modelare a matricei de antene.............................................. ......
	Modelarea rezonatoarelor.................................................. ........................................
	Modelare divizor de putere .................................................. ................... .........
Literatură................................................. .................................................. ...... .

Introducere

În prezent, mulți dezvoltatori de antene și dispozitive cu microunde folosesc sisteme de proiectare electrodinamice specializate. Funcționarea unor astfel de produse software se bazează pe soluția numerică a ecuațiilor lui Maxwell în formă integrală sau diferențială. Metoda de rezolvare fundamentală este, fără îndoială

afectează eficiența și acuratețea cu care pot fi modelate anumite componente și dispozitive de înaltă frecvență.

Manualul este format din șapte secțiuni. Prima secțiune oferă o prezentare generală a interfeței cu utilizatorul programului. A doua secțiune descrie instrumentele de bază pentru crearea unui model de dispozitiv și setările programului. Următoarele secțiuni sunt dedicate calculului antenelor și dispozitivelor cu microunde, care prezintă posibilitățile de post-procesare a rezultatelor, care oferă o înțelegere clară a funcționării dispozitivului și a propagării câmpurilor electromagnetice în acesta.

Scopul manualului este de a oferi studenților concepte de bază în domeniul modelării tehnologiei antenei și a dispozitivelor cu microunde, pentru a-i ajuta să stăpânească instrumentele de calcul de bază și principiile de construire a sistemelor de antene.

Un specialist radio modern trebuie să se ocupe de aceste probleme,

trebuie să cunoască capacitățile sistemelor moderne de modelare electrodinamică și, într-o situație specifică, să poată crea corect un model,

1. Introducere în CST Microwave Studio

1.1. Despre program

CST Microwave Studio este unul dintre pachetele software de la CST Studio

CST MICROWAVE STUDIO este un program de modelare electromagnetică tridimensională de la ghiduri de undă și antene la elemente optice. Programul vă permite să rezolvați problema folosind mai multe metode și oferă o precizie ridicată de calcul. Gama de lungimi de undă în care programul funcționează cel mai eficient este de la lungimea de undă scurtă la nanometru;

CST EM STUDIO prezintă un instrument pentru analiza și proiectarea structurilor statice și de joasă frecvență. Aplicațiile includ: solenoizi, transformatoare, aplicații de compatibilitate electromagnetică,

generatoare, capete de măsurare electromecanice, motoare, senzori și structuri de ecranare. Este posibilă analiza electrică și

câmpuri magnetostatice, curenți turbionari și de suprafață;

CST PARTICLE STUDIO este un pachet pentru proiectarea și analiza de tunuri de electroni tridimensionale, tuburi catodice, magnetroni.

Include mai multe produse software CST STUDIO,

modelarea purtătorilor de sarcină în mișcare și, de asemenea, ia în considerare procesele de temperatură;

CST PCB STUDIO – un pachet pentru studierea propagării semnalelor radio în plăcile de circuite imprimate, inclusiv rezolvarea problemelor de compatibilitate electromagnetică (EMC) și interferențe electromagnetice (EMI);

CST CABLE STUDIO este conceput pentru a analiza traseul, influențele și compatibilitatea liniilor interconectate, inclusiv cabluri coaxiale, fire simple, perechi răsucite și ansambluri complexe de cabluri;

CST MPHYSICS STUDIO – un pachet specializat pentru modelare termodinamică și mecanică;

CST CABLE STUDIO este un pachet specializat pentru modelarea efectelor electromagnetice în cabluri, permițându-vă să optimizați greutatea și dimensiunea firelor simple, a perechilor răsucite și a pachetelor complexe cu un număr nelimitat de conductori. Programul vă permite să evaluați tensiunile în diferite puncte ale cablurilor, curenții prin anumiți conductori, parametrii S, impedanțe, precum și interferența reciprocă a conductorilor între ele.

CST BOARDCHECK este un pachet specializat care vă permite să importați modele de plăci de circuite imprimate din diferite sisteme de proiectare și

identificați posibile probleme de compatibilitate electromagnetică în ele pe baza unui set de restricții specificate.

CST DESIGN STUDIO este o platformă universală pentru gestionarea întregului proces de dezvoltare a unui sistem complex, de la componentele electrice până la sistemul radio. Acesta va permite cosimularea unui proiect calculat de toate pachetele CST Studio.

ÎN baza programului CST Microwave Studio se bazează pe metoda de aproximare dezvoltată de CST pentru condiții la limită ideale

(PBA), care completează cu succes metoda bine stabilită a integralelor definite (FI), care operează în domeniul timpului. În orice metodă de modelare cu elemente finite, toate suprafețele sunt împărțite în elemente mici. Dacă modelul unui dispozitiv cu microunde este specificat numai prin planuri drepte, atunci numărul elementelor de despărțire analizate este mic, iar calculul se efectuează relativ rapid. Atunci când suprafețele curbate sunt utilizate în dispozitivele cu microunde, aproximarea lor necesită un număr mult mai mare de elemente de despărțire, ceea ce duce la un consum semnificativ de timp în timpul analizei. Combinația de metode PBA și FI propusă de CST a făcut posibilă rezolvarea rapidă a problemelor de modelare a dispozitivelor complexe cu microunde cu suprafețe curbate.

Dispozitive tipice modelate folosind pachetul CST

Studio cu microunde sunt:

cuplaje direcționale cu ghid de undă și microbandă;

putere;

divizoare și adunatoare de putere;

filtre cu ghid de undă, microbandă și dielectrice;

structuri de microbenzi cu un singur și multistrat;

diverse linii de transmisie;

conectori coaxiali și multi-pini;

joncțiuni coaxiale-ghid de undă și coaxiale-bandă;

Ghiduri de undă optice și comutatoare;

diverse tipuri de antene: corn, spirală, plană.

Caracteristicile cheie ale pachetului CST Microwave Studio:

calcularea parametrilor S într-un domeniu larg de frecvență;

Limbajul macro VBA puternic încorporat, suport pentru tehnologia OLE (Object Linking and Embedding);

rezolvare rapida si precisa in domeniul timpului obtinuta prin metoda integrala definita;

creștere semnificativă a productivității datorită utilizării metodei de aproximare a graniței ideale (PBA);

construirea structurii analizate pe baza ACIS;

import și export de structuri în formate SAT, IGET și STL;

diverse moduri de excitare a structurii folosind porturi externe și interne;

calculul modurilor de port proprii;

calculul automat al impedanțelor porturilor;

afișare animată a câmpurilor;

afişarea rezultatelor obţinute pe măsură ce calculul progresează4

optimizator puternic;

Calcule ale câmpului antenei în zona îndepărtată (reprezentare bi- și tridimensională a câmpului, câștig, calculul lățimii unghiulare a lobilor principali și laterali ai modelului de radiație).

1.2. Acțiuni și setări de bază pentru crearea unui model CAD

Când este deschis, programul CST Studio Suite (Fig. 1) vă permite să alegeți două opțiuni pentru lansarea pachetului necesar:

Figura 1. Interfața programului CST Studio Suite

1. Utilizați expertul de configurare. Pentru a face acest lucru, trebuie să selectați

Creați proiect (vezi Fig. 2) și, urmând instrucțiunile, puteți seta presetări și selecta cea mai potrivită metodă de calcul.

Figura 2. Fereastra Configuration Wizard

2. Sau selectați modulul CST Microwave Studio.

Interfața principală a programului constă din mai multe ferestre:

1. Navigation Tree – arbore de proiect;

2. Ribbon – comenzi;

3. Plan de desen – fereastra pentru afișarea modelului CAD sau a rezultatelor calculelor;

4. Lista parametri – fereastra parametrii obiectului;

5.Masaje și progres – fereastra de mesaje.

Figura 3 prezintă o imagine a ferestrei principale a CST Microwave Studio.

Figura 3. Interfața programului CST Microwave Studio

După cum puteți vedea, interfața CST Microwave Studio (MWS) nu este diferită de interfețele oricăror alte programe CAD cu care puteți crea modele 3D de obiecte.

Controalele sunt împărțite în file tematice (Fig. 4) pentru gestionarea consecventă a întregii interfețe a programului.

Institutul Energetic din Moscova

Kurushin A.A., Plastikov A.N.

Proiectarea dispozitivelor cu microunde în mediul CST Microwave Studio

Moscova 2010

UDC 621.3.049.77.029:681.3.06

Recensori: Prof., Doctor în Științe Tehnice Kogan B.L., Ph.D. Gribanov A.N., Papilov K.B.

Kurushin A.A., Plastikov A.N. Proiectarea dispozitivelor cu microunde în mediu

Studio cu microunde CST. – M. Editura MPEI, 2010, 160 p.

CST MICROWAVE STUDIO este un program puternic de modelare a câmpului electromagnetic 3D. Programul folosește diverse metode de calcul în câmp (calculul procesului tranzitoriu în domeniul timpului, analiza în domeniul frecvenței, metoda de găsire a frecvențelor naturale). Principala metodă de calcul a procesului tranzitoriu rezolvă problema excitării unei structuri prin impulsuri radio, ceea ce o deosebește de majoritatea altor produse software.

În prezent, în Rusia există zeci de utilizatori oficiali autorizați ai programului CST Microwave Studio, iar mii de studenți folosesc versiunea demonstrativă pentru studenți a programului în timpul procesului educațional, al cursurilor și al designului diplomelor.

Tutorialul descrie CST Microwave Studio versiunea 2009 și este destinat studenților de licență și absolvenți care studiază proiectarea dispozitivelor cu microunde, calculul și propagarea câmpurilor electromagnetice în medii neomogene.

UDC 621.3.049.77.029:681.3.06

Introducere

Dispozitive moderne cu microunde: receptoare radio, transmițătoare, sisteme de transfer de informații la frecvențe radio - constau de fapt dintr-o antenă, un canal de recepție/transmisie radio, blocuri pentru conversia informațiilor din formă analogică în digitală și înapoi (prin ADC/DAC) și un canal digital. parte. Componentele radio individuale - filtre digitale, comutatoare, sisteme de recunoaștere a modelelor de semnal, sisteme de separare a semnalelor utile și a interferențelor - sunt implementate sub formă de microcircuite și procesoare. Prin urmare, proiectarea unui sistem complet de recepție și procesare a undelor radio include o analiză a comutării, modulației și a altor noduri controlate la nivel „digital”. Acestea și alte caracteristici ale sistemelor radio moderne necesită dezvoltarea și cercetarea de noi metode de analiză, sinteză și proiectare atât a întregului sistem, cât și a unităților individuale. În condițiile unor rate de producție ridicate, un cercetător modern trebuie să primească clar un răspuns: ce metodă ar trebui aleasă pentru a rezolva o problemă specifică cu un anumit grad de acuratețe.

Să remarcăm faptul că ritmul necesar de cercetare și dezvoltare a sistemelor de antene la bord și la sol este imposibil fără utilizarea noilor tehnologii informaționale pentru proiectarea structurilor cu microunde de diferite topologii la nivel electrodinamic. Astfel de tehnologii nu se limitează la îmbunătățirea metodelor comune de sinteză analitică și parametrică utilizate în analiză și optimizare pe computere în programe de modelare electrodinamică înalt specializate dezvoltate pentru calcularea problemelor specifice bazate pe metode numerice pentru rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell.

Orez. B.1. Câmp electric apropiat în secțiunea transversală a unei mașini cu o antenă pe acoperiș (a) și diagrama de radiație a unei antene plane (b) situată pe geamul din spate a mașinii

Programul CST MICROWAVE STUDIO™, care este descris în această carte, este un complex puternic conceput pentru modelarea tridimensională a obiectelor de diferite forme la nivel electrodinamic.

Este de remarcat faptul că în ultimii ani, inginerii și cercetătorii autohtoni au acordat din ce în ce mai multă atenție acestui pachet software.

În procesul de proiectare a dispozitivelor cu microunde folosind CST Microwave Studio, structurile vortex sunt introduse în reprezentare tridimensională prin desenarea celor mai simple forme geometrice - primitive și efectuând operații logice (booleene) asupra acestora. Există, de asemenea, oportunități ample de a importa modele din alte programe. După ce structura este desenată și sunt specificate condițiile la limită, inclusiv sursele de excitație, întregul spațiu cu probleme este împărțit într-o plasă și apoi se calculează câmpul în fiecare punct din spațiu.

Cea mai flexibilă metodă de calcul, implementată în Microwave Studio ca soluție tranzitorie, poate rezolva proiectarea dispozitivului pe o gamă largă de frecvențe după calcularea unui singur răspuns tranzitoriu (spre deosebire de metoda frecvenței, care necesită analiză la mai multe puncte de frecvență). Această metodă este foarte eficientă pentru rezolvarea multor dispozitive cu microunde, precum conectori, linii de transmisie, filtre, antene etc.

Orez. B.2. Etapele de simulare a telefonului mobil (a), distribuțiile calculate în câmp apropiat (b) și modelul de radiație al antenei de telefon (c)

Când se studiază structurile rezonante, cum ar fi filtrele de bandă îngustă, o soluție în domeniul timpului poate deveni ineficientă din cauza semnalelor de răspuns care se degradează lent în timp. Pentru a rezolva astfel de probleme, Microwave Studio vă permite să utilizați metoda Eigenmode.

Tranzitoriu Solver devine mai puțin eficient în rezolvarea problemelor de frecvență joasă atunci când dimensiunea structurii este mult mai mică decât lungimea de undă. În aceste cazuri, poate fi adecvat să se rezolve problema în domeniul frecvenței. Această abordare este cea mai eficientă atunci când sunt de interes caracteristicile la doar câteva puncte de frecvență.

Metoda de calcul de bază în Microwave Studio, metoda de integrare finită (FIT), este o metodă de discretizare spațială în care spațiul problemă este împărțit în celule discrete (grilă). În acest caz, rezolvatorul implementează metoda domeniului de timp al diferențelor finite (FDTD) ca un caz special al metodei FIT. O caracteristică foarte importantă a soluției din domeniul timp este dependența proporțională a resurselor de calcul necesare de dimensiunea structurii. În prezent, pe un computer personal modern folosind metoda FDTD, este posibil să se calculeze structuri cu dimensiuni de până la câteva zeci de lungimi de undă.

Cercetarea și dezvoltarea pentru inginerii care lucrează în industria aerospațială și de apărare îi împinge în mod constant să rezolve problemele de la limita posibilului. Aceasta se extinde la domenii specializate ale tehnologiei de simulare electromagnetică. Una dintre problemele practice importante este optimizarea suprafeței efective de dispersie (ESR) a aeronavelor și navelor și o alta

– rezolvarea problemelor de compatibilitate electromagnetică a sistemelor radio, ținând cont de influența corpului dispozitivului asupra eficienței comunicațiilor. Ambele direcții sunt caracterizate de dimensiunile electrice ale dispozitivelor, care, de regulă, sunt sute de lungimi de undă.

Orez. B.3. Modelul de elicopter exportat (a) și graficul EPR tridimensional calculat (b)

Nu este posibil să se rezolve astfel de probleme folosind metode convenționale de discretizare volumetrică a spațiului (FIT sau FEM). În cele mai recente versiuni ale Microwave Studio, pentru rezolvarea acestei clase de probleme se propune utilizarea metodei ecuațiilor integrale (Integral Equation Solver, I-solver). Acest lucru face posibilă efectuarea analizei electrodinamice a structurilor tridimensionale de dimensiuni electrice mari (Fig. B.3).

O caracteristică la fel de importantă a Microwave Studio este capacitatea de a parametriza complet modelul de structură (de la geometrie la proprietățile materialului), care utilizează variabile pentru a determina fiecare parametru variabil. Combinat cu un optimizator încorporat și cu capacitatea de a schimba direct parametrii, Microwave Studio realizează eficient proiectarea dispozitivului la nivel electrodinamic. Complexul CST ține pasul cu apariția problemelor fizice asociate cu explorarea spațiului, cu lucrări în dispozitive pentru studiul particulelor elementare, biologie și medicină (Fig. B.4). Complexul CST s-a extins semnificativ în ultimii ani și, astfel, nu își pierde palma în popularitate.

Algoritmul pentru rezolvarea problemelor moderne cu conținut fizic se rezumă la modelarea precisă a proceselor fizice, inclusiv propagarea undelor electromagnetice, fenomenele termice și luarea în considerare a particulelor care se mișcă în spațiul de calcul.

Orez. B.4. Model de introducere a unui cateter în cavitatea abdominală umană (a) și distribuțiile rezultate ale câmpului electric (b) și temperaturii (c)

Include optimizarea procesului de proiectare, dezvoltarea relației dintre metodele analitice și numerice în rezolvarea problemelor actuale cu care se confruntă atât organizatorii muncii științifice, cât și cei care o desfășoară, de la cercetători la ingineri.

Principalele caracteristici ale Microwave Studio

Microwave Studio este un sistem de modelare parametrică a structurilor tridimensionale bazat pe limbajul ACIS, cu vizualizarea completă a structurii, astfel încât:

- este posibil să importați o structură tridimensională în format*.sat, *.iges sau *.stl,

- este posibil să importați straturi în format*.dxf, *.gdsII și *.gerber,

- importul unui model biologic uman ca fișier,

- exportați datele în format*.sat, *.iges, *.stl, *.drc și *.pov,

- parametrizarea structurii fișierelor CAD importate.

Orez. B.5. Modelul unei nave de război cu curenți calculați pe suprafețe metalice

CST implementează mai multe metode de calcul. Să le revizuim.

Calculul procesului tranzitoriu.În acest mod, CST oferă:

- modelarea eficientă a structurilor cu pierderi și fără pierderi,

- calculul S – parametrii într-o gamă largă de frecvențe folosind un singur calcul al procesului tranzitoriu, folosind transformata Fourier,

Calculul câmpului E, H dintr-o simulare finalizată,

- compactarea adaptivă a unei partiții tridimensionale de plasă în celule,

- descrierea materialelor izotrope și anizotrope,

- modelarea impedanței de suprafață pentru conductori buni,

- calculul distribuției tipurilor de unde în secțiunea transversală a portului,

- implementarea de porturi multi-element cu unde TEM,

- normalizarea parametrilor S pentru impedanțele portului specificate,

- excitarea structurii de către o undă plană,

Utilizarea condițiilor la limită ideale de emisie/absorbție, condiții periodice la limită, - calcule de câmp îndepărtat ale antenei (câștig, directivitate, suprimarea lobilor laterali etc.),

- calculul suprafeței efective de împrăștiere RCS,

- calcularea diferitelor caracteristici de tip electromagnetic: câmp electric, câmp magnetic, curenți de suprafață, fluxuri de putere, densități de curent, densități de pierdere, precum și densități termice, electrice, magnetice,

- includerea elementelor discrete (R, L, C) în structură, inclusiv diode neliniare,

- în modul de calcul al procesului tranzitoriu, puteți seta funcția de excitare sub formă dreptunghiulară și alte forme de impuls radio,

- extragerea automată a modelului circuitului SPICE (R, L, C, G),

Paralelizarea muncii rezolutorilor, încărcarea completă a procesorului PC-ului pe 32 de biți,

Optimizați structura în scopuri arbitrare folosind optimizatorul încorporat.

Calcul în domeniul frecvenței. În acest caz, programul CST

prevede:

- calculul structurilor cu și fără pierderi,

- descrierea proprietăților izotrope, anizotrope și girotrope ale materialelor,

- eșantionare uniformă și adaptivă a frecvenței în domeniul de analiză,

- calculul tipurilor de unde în porturi Rezolvator 2-D Eigenmode în domeniul frecvenței,

- renormalizarea parametrilor S pentru impedanțe porturi date,

- depresurizarea parametrilor S,

- condiții la limită de emisie/absorbție îmbunătățite,

- calculul câmpului îndepărtat al antenei (inclusiv câștig, unghiul fasciculului, suprimarea lobului lateral etc.),

- calculul câmpului îndepărtat al rețelei de antene,

- calculul caracteristicilor câmpului apropiat electric și magnetic,

- includerea elementelor grupate R, L, C, G oriunde în structură,

- extragerea automată a modelului SPICE (generația R, L, C, G).

Metoda frecvenței naturale

În acest caz, programul Eigenmode face:

Calculul frecvențelor naturale, pierderilor și factorilor de calitate pentru fiecare tip de undă care rezonează la aceste frecvențe,

- analiza tipurilor de unde de câmp (moduri) într-o structură închisă,

- calculul structurilor care pot fi umplute cu materiale anizotrope,

- optimizarea structurii folosind optimizatorul încorporat.

Program de rezolvare a ecuațiilor integrale

Acest program vă permite să modelați obiecte de dimensiuni mari și efectuează:

- calculul parametrilor S într-o bandă largă de frecvență obținuți din distribuția câmpului și tipurile de unde utilizate,

- calculul structurilor umplute cu materiale izotrope și anizotrope,

- calcularea pierderilor și a factorilor de calitate pentru fiecare mod,

- operare paralelă pe mai multe nuclee ale unui computer personal,

- generatoare de model SPICE (R, L, C, G).

- optimizarea parametrică, în care unul sau mai mulți parametri de proiectare sunt modificați,

- optimizarea automată a structurii pentru funcții țintă arbitrare create sub formă de expresii analitice.

c) Vizualizarea rezultatelor analizelor și exportul acestora

- Ieșirea tipurilor de undă la porturi, constantă de propagare, impedanță etc.

- ieșirea lui S – parametri în sistemele de coordonate carteziene și polare, diagramă Smith,

- vizualizarea câmpurilor electrice și magnetice, a fluxurilor de putere, a curenților de suprafață în reprezentări bidimensionale și tridimensionale,

- ieșirea caracteristicilor câmpului îndepărtat (intensitatea câmpului, câștigul antenei, directivitatea antenei, suprafața de împrăștiere eficientă RCS),

- ieșirea tipului de câmpuri din zona îndepărtată (câmpuri, câștig, directivitate, RCS) în formă tridimensională și bidimensională,

- animarea procesului de propagare a câmpului electromagnetic,

- vizualizarea grilei de partiție,

- exportați parametrii S în format Touchstone,

- exportul datelor de calcul (câmpuri, caracteristici etc.) ca fișiere ASCII,

Exportați grafice în formă tabelară.

******************************************************************

Acest tutorial este format din 5 capitole. Primul oferă o privire de ansamblu asupra interfeței programului și a principiilor de construire a modelului, al doilea oferă o introducere în metodele de calcul numeric implementate în program; Fiecare capitol oferă apoi exemple de analiză a dispozitivelor specifice, de la simplu la complex. Autorii îi sunt recunoscători doctorului în științe tehnice, prof. Gutzeit E.M., doctor în științe tehnice, prof. Kogan B.L., Ph.D. Gribanov A.N., Papilov K.P. pentru asistență în procesul de lucru la manuscris.

Capitolul 1. Caracteristici generale ale studioului cu microunde

1.1. CST Microwave Studio ca parte a întregului mediu software CST STUDIO SUITE

Mediul software CST STUDIO SUITE oferă o platformă puternică pentru rezolvarea problemelor electromagnetice. O interfață grafică ușor de utilizat vă permite să faceți simultan

Detalii Publicate 18.11.2019

Testați accesul la sistemul electronic de bibliotecă IPRbooks

Detalii Publicate 11.11.2019

Accesul este posibil de pe toate calculatoarele din rețeaua universității.

„Hărți și diagrame în colecțiile Bibliotecii Prezidențiale”

Detalii Publicate 06.11.2019