Дополнительные материалы по программному обеспечению FEKO
Объемное моделирование СВЧ-нагревателя жидкости
Данная работа посвящена моделированию поглощения энергии электромагнитного поля СВЧ в устройстве для пастеризации молока. С применением САПР FEKO построена 3D-модель устройства и выполнено моделирование его работы. Проведено исследование влияние угла наклона кварцевых трубок на распределение электромагнитного поля в волноводе. Также рассмотрено влияние диаметра и материала трубок. Получены распределения электрического поля и удельной мощности, поглощенной на кг диэлектрика в волноводе. Выполнена оценка точности результатов.
Резонаторная ячейка с открытым входом на основе диэлектрической пластины на металлической подложке
Возможность перевода энергии падающей электромагнитной волны в энергию поверхностной волны в плоской диэлектрической пластине на металлической подложке подтверждена на электродинамических моделях. Для передачи энергии между волнами разной структуры используется дифракционная решетка, помещаемая на поверхность пластины. Энергия удерживается в пластине путем образования резонатора поверхностной волны за счет введения не выступающих металлических стенок по торцам пластины. Таким образом, предложена резонаторная ячейка с открытым входом – энергия поступает в ячейку через всю освещенную поверхность пластины. Полагается, что диэлектрик, из которого выполнена пластина, имеет малые потери, а дифракционная решетка на поверхности пластины состоит из одинаковых брусков из того же диэлектрика, имеющих малое поперечное сечение. Показано, что при определенном периоде решетки имеет место резонанс – резкое увеличение амплитуды стоячей волны внутри пластины, по сравнению с амплитудой падающей волны и, соответственно, рост доли энергии падающей волны, поглощаемой пластиной. Внешним проявлением резонанса является уменьшение зеркального рассеяния пластиной: наблюдавшееся уменьшение ЭПР пластины в направлении отражения луча составляло от нескольких раз до более, чем трех порядков в разных условиях. Устойчивость численного решения задачи дифракции на предложенной ячейке следует из наблюдавшегося плавного изменения числа обусловленности при прохождении даже самого глубокого резонансного снижения ЭПР пластины. Отмечается, что по глубине резонанса можно сравнивать эффективность способов генерации поверхностной волны дифракционными решетками разных типов, либо иными периодическими неоднородностями на поверхности, или в объеме диэлектрика.
Интересная статья: Создание статистической модели диффузного рассеяния СВЧ на основании моделирования в Altair FEKO 2021
В статье рассматриваются возможности применения коммерческой САПР Altair FEKO для исследования диффузного поля рассеяния и создания статистической модели на основе получаемых результатов. Автоматизированное создание случайно шероховатой поверхности с заданными пользователем геометрическими параметрами позволяет с высокой скоростью накапливать данные для их последующей обработки и выделения значимых особенностей. Создание статистической модели и ее последующее исследование помогает не только прогнозировать характер отражения электромагнитной волны от поверхности (по существу, решать прямую задачу), но и делать релевантные выводы относительно самой отражающей поверхности, то есть решать обратную задачу. В конце статьи приводится практический пример использования макроса.
Simulation-Driven Virtual Prototyping of Smart Products
MWJ 2021 '07
Simulation-driven virtual prototyping is employed in the design of modern smart products to accelerate product development speed, ensure intrinsic product qualities and improve the decision-making process during development. It results in smart products that are more cost-effective with higher quality and reliability. Over the past few decades, the wireless industry has experienced tremendous innovation and transformation, driven by the introduction of wireless communication standards such as 4G LTE, 5G, Bluetooth (BT) and Wi-Fi.1 This, coupled with new rapid manufacturing techniques, requires advanced product design with complex multiphysics considerations. Competition in the consumer electronics market calls for designs that improve product performance while lowering development costs and reducing time to market. These challenges can be addressed by simulation-driven virtual prototyping to reduce physical testing.2-4 Moreover, simulation-driven virtual prototyping can be employed in the design of modern smart products to accelerate product development speed, ensure intrinsic product qualities and improve the decision-making process during development. Simulation-driven design is important for ensuring the completeness and timely market launch of smart products.
Автоматизация процесса проектирования антенн и устройств СВЧ в современных программных комплексах электродинамического моделирования. Часть 1. Логопериодическая вибраторная антенна
Андрей Пластиков, СОЭЛ 2012'3
На примере логопериодической вибраторной антенны рассмотрен процесс создания модели в программной среде EDITFEKO с использованием встроенного языка программирования. Сегодня перед разработчиками аппаратуры СВЧ ставятся всё более сложные задачи. При этом разработка комплексной системы занимает много времени даже на стадии компьютерного моделирования. Процесс проектирования электродинамической модели системы в современных программных комплексах расчёта антенн и устройств СВЧ можно ускорить благодаря использованию возможностей программирования, предоставляемых самими программными пакетами, а также посредством взаимодействия соответствующих программ с пакетом Matlab и его упрощёнными функциональными аналогами. В программных комплексах CST Microwave Studio и Ansoft HFSS пользователю предоставляется возможность написания собственных макросов на языке Visual Basic for Applications и сценариев на языке Visual C++. Соответствующие программные средства обеспечивают доступ ко всем этапам процесса проектирования СВЧ-устройств, включая построения геометрии модели, разбиения на ячейки и обработку результатов. Определённый набор программных средств доступен и в программном комплексе FEKO Suite: в средах EDITFEKO на стадии создания модели и POSTFEKO (начиная с версии FEKO Suite 6.1) на стадии постпроцессорной обработки результатов, а также, например, в программных пакетах AWR Microwave Office и Agilent Advanced Design System.
Исследование низкопрофильных конформных микрополосковых антенн
Н.Н. Кисель, С.Г. Грищенко, Д.С. Дерачиц
В связи с ростом спроса на недорогие системы связи, микрополосковой плоской антенны, в последнее время претерпела огромный рост. Хотя применяемые конформные микрополосковые антенны широко используются, влияние кривизны на характеристики антенны детально не изучены. Микрополосковые антенны широко используются на таких объектах как самолеты, ракеты, в системах связи. Преимущества таких антенн очевидны, они технологичны, легко устанавливаются на такие объекты и не требуют наличия обтекателя. Проведены исследования характеристик конформной МПА на примере прямоугольного излучателя, расположенной на цилиндрической поверхности. Для моделирования характеристик антенны использовался пакет электромагнитного моделирования FEKO. Выполнена оптимизация конструкции плоской микрополосковой антенны по критерию обеспечения минимального коэффициента стоячей волны (КСВН). Получены обобщенные зависимости влияния радиуса кривизны антенны на резонансную частоту при различной ориентации МПА на цилиндрической поверхности. Показано, что при деформации антенны на цилиндрической поверхности в Е-плоскости с уменьшением кривизны резонансная частота антенны смещаются в сторону повышения частоты, в то время как при деформации антенны на цилиндрической поверхности в Н-плоскости с уменьшением кривизны резонансная частота антенны смещаются в сторону уменьшения частоты. Для конформной микрополосковой антенны место подключения питания, оптимальное с точки зрения минимума КСВН, не совпадает со случаем плоской антенны и зависит от радиуса кривизны. Показано, что кривизна микрополосковой антенны существенно влияет на КСВН и обратные потери.
Проектирование антенн в Altair FEKO
К.М. Зейде, УрФУ 2018
Среда автоматизированного проектирования Altair FEKO предоставляет широкие возможности для электродинамического моделирования различных систем и устройств. Отличительной чертой данного программного обеспечения является мощное ядро трехмерного параметрического моделирования (solid modeling или modelling), позволяющее эффективно создавать топологии различной сложности, реализованное в простом и функциональном пользовательском интерфейсе.
Вычислительное ядро FEKO обеспечивает электродинамический анализ моделей всеми распространенными численными методами: метод моментов (method of moments – MoM), метод конечных элементов (finite elements method – FEM), метод конечных разностей по временной области (finite difference time domain method – FDTD), многоуровневый метод быстрых мультиполей (multilevel fast multipole method – MLFMM), метод геометрической оптики (geometry optics method – GO), метод физической оптики (physical optics method – PO), метод обобщенной теории дифракции (uniform theory of diffraction method – UTD). В рамках одной модели вычислительное ядро САПР позволяет применять гибридные методы расчета, такие как FEM/MoM + GO/PO, с настраиваемыми условиями сшивания решений. Отличительной особенностью реализованного в FEKO решателя методом моментов является возможность создания объемной сетки по принципу эквивалентности VEP (volume equivalence principle), что позволяет анализировать диэлектрические структуры более эффективно как с точки зрения скорости расчетов, так и с позиции затраченного времени и вычислительных ресурсов. Это объясняется тем, что метод моментов в САПР реализован в связке с методом быстрых мультиполей.
Архитектура программного обеспечения FEKO многомодульная. Это означает, что основные стадии моделирования – предпроцессинг и простпроцессинг – выполняются независимыми программными модулями CADFEKO и POSTFEKO соответственно. Более того, в комплекс FEKO входит целый ряд других модулей, обеспечивающий специфический функционал. Подобная организация позволяет эффективно проводить распределенное моделирование в рамках программных продуктов Altair (обмен данными по стандартизированному протоколу STEP, реализованный в FEKO, позволяет также распределять задачи функционального цикла и между системами автоматизированного проектирования других разработчиков). FEKO является только одним из САПР, поддерживаемых Altair. В перечне доступных систем автоматизированного проектирования данного разработчика имеются и те, в которых реализован численный анализ процессов из других областей физики, например, гидродинамики, акустики, механики и др. Использование программных модулей в рамках одного проекта позволяет проводить полномасштабные мультифизические вычислительные эксперименты.
Данные материалы преследуют цель познакомить читателя с основными принципами автоматизированного проектирования в среде FEKO на примере двух самых распространенных в технике типов антенн: двухвибраторной антенны и рупорной антенны. Каждый раздел настоящих указаний является независимой и законченной методической единицей, поэтому вначале дается краткое описание пользовательского интерфейса и основных элементов управления (одинаковое для всех разделов). Причина такого подхода заключается в желании автора сделать работу с данными указаниями максимально удобной и эффективной. Особенно это важно при проведении лабораторных работ, при котором время студента и преподавателя естественным образом ограничено.
Моделирование антенны «бабочка» с помощью программы FEKO
Давыдов Александр, Курушин Александр, Матвеев Сергей, КиТ 2016'9
На примере четырехпортовой антенны типа Бабочка проанализированы вопросы моделирования многопортовых излучающих СВЧ-структур. Рассмотрено питание вибраторной антенны с использованием схемы разводки мощности и фазы на дискретных чипах. Эксперимент подтвердил достоверность расчетов, выполненных с помощью коммерческого пакета САПР FEKO.
Моделирование больших объектов в программной среде FEKO
А.Курушин, И.Мюхкеря, С.Подковырин, Электроника-НТБ 2016'7
Электродинамическое моделирование СВЧ-структур и антенн – важный этап проектирования сложных радиотехнических систем. Для решения этих задач разработчики используют мощные и эффективные средства САПР, в которых реализован широкий набор методов электромагнитного моделирования. Одним из таких инструментов является программный комплекс FEKO от компании Altair. FEKO – многофункциональная программная среда для численного электромагнитного моделирования, основанная на современных вычислительных технологиях. Рассмотрим, как с помощью FEKO решается задача обеспечения электромагнитной совместимости антенных систем, установленных на летательных аппаратах.
Требования к вычислительным ресурсам компьютеров, используемых для электромагнитного моделирования, возрастают по мере повышения сложности и увеличения физических размеров антенных систем. В определенный момент времени ресурсов, имеющихся для расчета электрически больших объектов, может оказаться недостаточно. Для решения этой проблемы программный комплекс FEKO предоставляет следующие возможности:[1]
- эффективное решающее устройство записывает матричные блоки на жесткий диск в процессе работы, позволяя обрабатывать сложные задачи на компьютерах с меньшей оперативной памятью;
- применяется параллельная обработка решаемой задачи на многоядерных процессорах;
- многоуровневый быстрый метод многополюсников (Multi-Level Fast Multipole Method – MLFMM) позволяет значительно уменьшить потребности в вычислительных ресурсах по сравнению с методом моментов (Method of Moments – MoM);
- приближенные асимптотические методы, такие как метод физической оптики (Physical Optics – PO) и метод однородной теории дифракции (Uniform Theory of Diffraction – UTD), идеально подходят для решения задач излучения и рассеяния электрически очень больших объектов.
Анализ рассеяния электромагнитного поля на электрически больших объектах всегда был сложной задачей. Для достижения высокой точности расчета в FEKO обычно используются методы электродинамического анализа MoM или MLFMM. Для электрически больших структур применяют асимптотические методы, такие как метод PО. Однако применение электродинамических методов на крупных объектах ограничивается вычислительными ресурсами компьютера, в то время как метод PO может использовать очень плотную сетку разбиения, что резко увеличивает время расчета.
Имитационное моделирование в FEKO измерительной системы параметров РПМ
О.А. Дьяконова, С.В. Маречек
В работе рассмотрены вопросы моделирования экспериментального комплекса из девяти измерительных установок на основе скалярных анализаторов цепей. Для создания модели комплекса применена программа FEKO. Модель предназначена для оптимизации параметров конструкций радиопоглощающих материалов с заданными свойствами. Проведен сравнительный анализ расчетных, измерительных и модельных (по программе FEKO) характеристик как элементов измерительной установки, так и образцов радиопоглощающих материалов. Получено хорошее совпадение результатов.
Моделирование планарной антенны GPS с помощью современных программных комплексов
Александр Курушин, СОЭЛ 2012'6
В статье описаны особенности моделирования планарной антенны приёмника GPS с помощью различных методов. Сравниваются результаты расчёта, полученные с помощью основных коммерческих программ электродинамического моделирования.
Расчет зеркальных параболических антенн с помощью современных САПР СВЧ
А.Курушин, Е.Лаврецкий, С.Чадов, ЭНТБ 2014'3
В размеры современных зеркальных антенн для спутниковой связи и радиоастрономии (от десятков сантиметров до сотен метров [1]) укладываются сотни длин волн и более. Расчет таких больших структур строгими электродинамическими методами требует значительных вычислительных затрат. Для анализа и расчета характеристик излучения зеркальных антенн большого электрического размера применяются приближенные методы геометрической оптики и геометрической теории дифракции, а также методы физической оптики и физической теории дифракции [2–4].
Моделирование излучающих многопортовых СВЧ-структур
Александр Курушин
На примере двухпортовой антенны типа «бабочка» рассмотрены особенности моделирования многопортовых излучающих СВЧ-структур. В статье рассматривается питание вибраторной антенны в идеализированном случае однопортового и двухпортового возбуждения, а также при использовании чипа, распределяющего сигналы по каналам.
Расчет излучаемых структур с помощью FEKO
Банков С.Е., Курушин А.А., 2008
Данная книга представляет собой единственное, на данный период времени, в России систематическое описание одной из самых мощных современных программ электродинамического моделирования FEKO. Программа FEKOпредоставляетновый подход к проектированию трехмерных СВЧ устройств, основанный на нескольких методах расчета.Это центральный - метод моментов, методы геометрической и физической оптики, а также новый многопортовой метод расчета, в котором используются последние достижения врешении систем линейных уравнений с помощью выделения блоков. FEKO-это универсальная платформа, которая объединяет EDITFEKO, POSTFEKO, PREFEKO, OPTFEKO, TIMEFEKOдля проектирования систем больших электрических размеров. В книге рассмотрены разные аспекты методов расчета и установок опций, во время черчения и моделирования рупорных, печатных, а также многопортовых антенных систем. Рассмотрен ряд оригинальных структур современных антенн, с линейной и круговой поляризацией, анализируемых с помощью FEKO. Рассматривается оптимизация СВЧ структур, значительно повышающая эффективность проектирования. Пособие предназначено для широкого круга специалистов, студентов и аспирантов, изучающих проектирование СВЧ приборов и методы расчета электромагнитных полей в неоднородных средах.