Дополнительные материалы по программному обеспечению CST
Страница курса Вычислительная нанофотоника МФТИ 2020-2021
Лектор: Филонов Дмитрий Сергеевич
Курс рассчитан на два семестра и состоит из трех ключевых этапов:
1 этап – Базовые навыки - Изучение методов работы с рабочей областью, особенности построения фигур - Базовые навыки моделирования - Дискретизация счетной области - Элементы активного излучения - Методы задачи дисперсии материала - Граничные условия: открытые, периодические и т.п. - Методы оптимизации геометрии по целевым функциям
2 этап – проверка известной базы, классические задачи - Распространение электромагнитной волны в волноводе, профиль поля - Излечение диполя и его диаграмма направленности - Диэлектрические резонаторы и их спектры рассеяния - Задача поиска собственных мод открытого резонатора - Нелинейный отклик и генерация кратных гармоник
3 этап – знакомство с современными научными результатами и работа по НИР - Проверка опубликованных результатов ведущих изданий (повторения результатов) - Решение собственных (студенческих) задач в рамках дипломной практики и НИР - Решение задач, поставленных студентам
Численное моделирование в CST Studio Suite
Фокусировка излучения сетей беспроводной передачи данных в заданных точках пространства
В статье описывается проблема пространственной селекции устройств, работающих в одном частотном диапазоне. Рассматривается возможность фокусировки электромагнитных полей в нескольких заданных областях пространства. Предложенный способ фокусировки электромагнитного поля может быть дополнительным способом селекции устройств, которые работают в одном частотном диапазоне. Рассматриваемая система, состоящая из пространства, излучающих антенн и точек фокусировки представляется в виде абстрактного многополюсника с числом входов, равного количеству излучающих антенн и с множеством выходов, равному количеству точек фокусировки. Введена система координат, позволяющая рассчитать расстояния между точками излучения и фокусировки. Описан метод вычисления комплексных коэффициентов передачи между точками излучения и точками приема. Получено аналитическое выражение, являющееся системой линейных алгебраических уравнений, позволяющее рассчитать необходимые амплитуды и фазы сигналов, подводимых к излучающим антеннам. Представлена модель в системе автоматизированного проектирования, содержащая 56 излучающих антенн. Было задано 9 точек фокусировки, в 4 из которых должны быть максимумы электромагнитного поля. Моделирование подтвердило теоретические расчеты. Рассмотрен способ оптимизации расчетов начальных амплитуд и фаз, путем исключения элементов характеристической матрицы. Это позволило сократить количество элементов в характеристической матрице.
Особенности моделирования при помощи SIMULIA CST Studio Suite на примере обтекателей и объединительных плат
СВЧ-электроника 2021'2
Статья состоит из двух частей и описывает особенности моделирования в среде CST Studio Suite от компании Dassault Systèmes. В первой части ее автор Реза Хоссейни (Reza Hosseini) рассказывает о возможностях среды относительно создания и анализа моделей радомов — защитных радиопрозрачных обтекателей. Во второй части, автором которой является Лунфэй Бай (Longfei Bai), речь подойдет о том, как в среде CST Studio Suite упростить процесс разработки объединительных плат, и будут продемонстрированы среды возможности при их моделировании.
Согласование малогабаритной планарной рамочной антенны, выполненной с использованием нового композитного материала, применительно для технологий 5G
Показана возможность применения мобильной антенны, реализованной на материале на основе фторированного этилен-пропилена в сочетании с гексаферитом стронция SrFe12O19, для современных систем связи пятого поколения, не исключая возможность ее работы в системах второго, третьего и четвертого поколения. Показаны преимущества применения композитных материалов при реализации антенных устройств в технологиях 5G. Произведено широкополосное согласование предложенной антенны с приемопередающим модулем в условиях возмущающих воздействий при ее работе в широком спектре естественных условий эксплуатации мобильного устройства.
Разработка узкополосного режекторного фильтра с широкой полосой пропускания
СВЧ-электроника 2021'2
Разработана и исследована структура микрополоскового режекторного СВЧ-фильтра без паразитных резонансов высших гармоник и с высоким подавлением на рабочей частоте. Рассмотрена эффективность использования топологии печатной платы в качестве резонансной структуры фильтра. Приведены результаты компьютерного моделирования и измерений изготовленного фильтра-прототипа.
Разработка фильтрующих СВЧустройств и частотных мультиплексоров для систем телекоммуникаций, радиолокации и навигации представляет комплекс сложных задач, решение которых требует проведения исследований, особенно в свете поиска новых перспективных схемотехнических и конструктивных решений, позволяющих уменьшить габариты этих устройств, упростить их проектирование, изготовление и настройку. Использование в телекоммуникационных и навигационных системах сложных сигналов приводит к необходимости подробного исследования свойств СВЧ-фильтров [1]. Именно эти вопросы и определяют цель и задачи исследования в настоящей работе.
Спинтронный преобразователь электромагнитного излучения микроволнового диапазона частот с поглощающим нанопокрытием на базе метаматериала
Демин Г.Д., Андрюшин Р.Н., Дюжев Н.А., 2020
В настоящее время происходит стремительное развитие спиновой калоритроники- зарождающейся области физики на стыке спиновых и тепловых явлений в магнитных наноструктурах, применимой для реализации высокоэффективных миниатюрных харвестеров тепловой энергии. В работе предлагается концепция спинового диода на основе магнитного туннельного перехода, совмещенного с поглощающим тонкопленочным покрытием на базе метаматериала типа «металл-диэлектрик-металл». Проведенное моделирование адсорбционных свойств поглощающего покрытия демонстрирует практически единичную адсорбцию микроволновой энергии в широком частотном диапазоне (от сотни МГц до нескольких ГГц), что приводит к высокому градиенту температуры через туннельный слой перехода. Дополнительное включение в структуру спинового диода тепловых барьеров из материалов с низкой теплопроводностью обеспечивает рост температурного градиента до сотен мК, что, вследствие туннельного магнитного эффекта Зеебека, позволяет эффективно утилизировать тепловые потери в процессе микроволнового разогрева и генерировать термо-напряжение на уровне сотен мкВ. С учетом высокой чувствительности спиновых диодов (более 200 мВ/мкВт), а также перспектив их масштабирования в область ниже 10 нм, это открывает возможность создания миниатюрных термоэлектрических элементов на их основе, которые позволят обеспечить стабильное питание маломощных устройств Интернета вещей.
Моделирование неустойчивостей в релятивистском электронном потоке в среде CST Particle Studio
С.А. Куркин, А.А. Бадарин, А.А. Короновский, Н.С Фролов, А.Е. Храмов, 2017
Настоящая работа посвящена особенностям создания модели виркатора на пролетном токе в средe CST Particle Studio для исследования физических механизмов развития, сосуществования и взаимодействия бурсиановской/пирсовской и диокотронной неустойчивостей в релятивистском электронном потоке. Проведен численный анализ данной системы с использованием пакета CST Particle Studio. Обнаружено развитие численной неустойчивости, приводящей к дополнительной мелкомасштабной модуляции электронного потока по плотности при его движении в системе. Найден характерный временной масштаб неустойчивости и выявлена его связь с пространственным сеточным шагом. Проведено детальное исследование данной численной неустойчивости и предложен метод её подавления средствами среды CST Particle Studio. В работе также представлен ряд важных замечаний, касающихся разработки моделей СВЧ приборов в среде CST Particle Studio.
Влияние дисперсии метаматериала на характеристики линзы Люнеберга
Ю.Г. Пастернак, П.В. Першин, Е.А. Рогозин, Р.Е. Рогозин, С.М. Фёдоров, 2020
Рассматривается влияние дисперсии метаматериала на направленные и частотные характеристики антенной системы на основе цилиндрической линзы Люнеберга, работающей Ku-диапазоне, выполненной на основе последовательно расположенных параллельных печатных плат из стеклотекстолита FR-4 с нанесенной периодической структурой метаматериала.
Линзы Люнеберга (ЛЛ) позволяют формировать большое число ДН без искажений в широком секторе углов, благодаря своей симметричной конструкции. Классическая ЛЛ представляет собой диэлектрическую сферу с радиально изменяющимся показателем преломления, у которой фокус расположен на поверхности. Следует отметить, что применяются и цилиндрические ЛЛ, фокусирующие плоскую падающую волну в фокальной линии на противоположной стороне линзы. В реальных условиях точная реализация закона преломления в ЛЛ весьма сложна, поэтому при создании линзы стараются максимально приблизить реальные характеристики к идеальному закону. ЛЛ, выполненные из искусственного диэлектрика или метаматериалов, обладают меньшим весом и стоимостью, а также технологически проще для изготовления. Несмотря на свое широкое использование, метаматериалы имеют ряд недостатков: дисперсия, анизотропия, а также ограниченный частотный диапазон.
Моделирование возбуждения диэлектрического резонатора полем плоской электромагнитной волны
Л. В. Алексейчик, А. А. Курушин
Проведено моделирование цилиндрического (дискового) диэлектрического резонатора (ДР), возбуждаемого электромагнитным полем падающей плоской волны в свободном пространстве. ДР изготовлен из высокопроницаемого диэлектрика с малыми потерями. Целью работы явилось получение характеристик процесса дифракции плоской электромагнитной волны при возбуждение вынужденных колебаний ДР на низшем магнитном типе колебания, а также уточнение структуры электромагнитного поля внутри и в окрестности ДР и его характеристик как излучающего антенного элемента для использованием полученных данных при проектировании антенной решетки. Задача исследования характеристик ДР решается для использования полученных данных при проектирования антенной решетки, в которой ДР используются как излучающий элемент. В результате численного моделирования данной задачи с помощью программы CST Microwave Studio впервые получены картины распределения векторов результирующего поля при дифракции плоской электромагнитной волны на цилиндрическом ДР и его частотные характеристики в L- диапазоне длин волн. Выявлены особенности электрической и магнитной составляющих поля внутри и в окрестности образца ДР. По кривой АЧХ ДР и временным данным скорости затухания процесса возбуждения ДР получены значения его эффективной (нагруженной) добротности, собственной добротности и добротности связи ДР со свободным пространством. Приведены диаграммы направленности в виде эффективных площадей рассеяния (RCS), демонстрирующие свойства ДР как антенных элементов СВЧ диапазона.
Сравнительный анализ сканирующих антенных решеток диапазона КВЧ
А. В. Кузнецов, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, 2018
Представлены результаты компьютерного моделирования и анализахарактеристик волноводно-щелевой антенной решетки и антенной решетки вытекающей волны диапазона 60 ГГц с однокоординатным сканированием диаграммы направленности.
В аппаратуре систем радиосвязи и радиолокационных устройствах различного назначения диапазона КВЧ, например, в радарах систем контроля дорожного движения, систем безопасности автомобилей применяются антенны, обеспечивающие однокоординатное сканирование или формирование многолучевой диаграммы направленности (ДН) [1, 2]. Широко известны фазированные антенные решетки (ФАР) и многолучевые антенны в виде плоских щелевых или полосковых решеток, возбуждаемых с помощью какой-либо диаграммообразующей системы (ДОС), в частности, в виде матрицы Батлера или линзы Ротмана [1, 2]. В то же время интересен вопрос о возможности реализации ФАР или многолучевой антенны (МА) на основе полосковой структуры вытекающей волны, обладающей высоким коэффициентом полезного действия в диапазоне КВЧ, а также о ее характеристиках в сравнении, например, с волноводно-щелевой ФАР.
Особенности конструкции телеметрического передатчика сантиметрового диапазона
СВЧ-электроника 2018'3
Предложена конструкция беспроводного передатчика телеметрической информации, которая позволяет передавать данные на расстояние до 60 км. Эта система использует сантиметровый радиочастотный диапазон (СВЧ), передача данных осуществляется BPSK-модуляцией. Конструкция передатчика включает модули обработки и усиления с посекционной техникой экранирования СВЧ. Передатчик оснащен цифровыми каналами через интерфейсы UART, CAN и Ethernet.
Антенна вытекающей волны терагерцового диапазона
А. В. Кузнецов, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев
Представлены результаты компьютерного моделирования плоской антенной решетки вытекающей волны диапазона 940 - 955 ГГц. Антенна имеет простую однослойную структуру с волноводным входом и обеспечивает излучение вдоль нормали к апертуре с коэффициентом усиления не менее 30 дБ.
В последние годы проявляется возрастающий интерес к использованию излучения терагерцового диапазона в различных радиосистемах: высокоскоростных беспроводных системах передачи информации, системах безопасности, радиолокационных устройствах обеспечения безопасного вождения автомобиля, в медицинской технике [1, 2]. Наряду с интенсивными исследованиями в области создания эффективных источников и приемников терагерцового излучения разрабатываются антенны различных типов, включая традиционные апертурные антенны (зеркальные, рупорные) и плоские антенны (в частности, щелевые и полосковые антенны и решетки [2–6]). Вместе с тем, перспективными кандидатами для использования на частотах порядка сотен гигагерц могут быть плоские антенны и антенные решетки вытекающей волны (АВВ), прототипы которых разработаны для аппаратуры СВЧ и КВЧ диапазонов [7–10].
Моделирование многолучевой антенной решётки на основе полусферической диэлектрической многослойной линзы
Воздушно-космические силы. Теория и практика, 2019'9
В статье представлены результаты численного моделирования фазированной антенной решётки на основе линзы Люнеберга. Разработанная модель антенны позволяет организовать секторный или полноазимутальный режимы излучения с электронным управлением при достаточном энергетическом потенциале в радиолинии управления. Полученные расчётные значения электродинамических параметров сопоставимы с характеристиками многовибраторных направленных антенн. Геометрические параметры антенны позволяют сделать вывод о компактности и мобильности разработанного образца и могут удовлетворять условиям размещения на мобильных носителях.
Модель рупорной антенны в пакете CST MICROWAVE STUDIO
А.Р. Бектемиров, , А.С. Рогожкин
В докладе рассматриваются возможности программы CST Microwave Studio по моделированию объемных электромагнитных структур на примере модели рупорной антенны. Проведена адаптация структуры антенны для получения заданных характеристик по частотному диапазону и диаграмме направленности. С появлением разнообразных программ электродинамического моделирования изменился подход к разработке многих электронных устройств, особенно в области высоких частот. Для реальных СВЧ устройств достаточно сложно получить аналитическое решение задачи их анализа, часто это вообще не представляется возможным, а использование специализированных программ значительно упрощает эту задачу. Тем не менее применение специализированных пакетов еще не гарантирует достоверности создаваемых моделей и точности их расчета. Умение построить модель, максимально приближенную к реальному объекту, является крайне важным для разработчика, и её можно развивать как эмпирически, путем сравнения моделей с опытными образцами, так и аналитически, опираясь на известные соотношения, описывающие рассматриваемые структуры.
Моделирование характеристик электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств
Давыдов Е.И., 2016
Объектами настоящей диссертации являются: стенд для демонстрации паразитных электромагнитных связей ближнего поля, импульсные источники питания, стенд для демонстрации эмиссии индустриальных радиопомех на основе генератора тактовой частоты. Цель работы – моделирование характеристик электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. В процессе работы произведены: разработка моделей исследуемых устройств в пакете программ CST STUDIO SUITE, экспериментальные исследования характеристик электромагнитной совместимости, анализ соответствия результатов моделирования и измерений. Применение специализированных САПР при разработке устройств позволяет выявить проблемы ЭМС на ранних этапах проектирования и избежать дополнительных дорогостоящих изменений в конструкции устройства.
Модельно-ориентированная разработка эффективных фильтров подавления ЭМП для преобразователей большой мощности в CST STUDIO SUITE
Иллия Манушин, Сборник «Электромагнитная СовмеСтимоСть в Электронике», 2019
Проектирование и моделирование фильтров подавления электромагнитных помех (ЭМП) — одна из важнейших задач при создании изделий силовой электроники, поскольку по своей природе мощные преобразователи не могут без дополнительной фильтрации соответствовать нормам электромагнитной совместимости (ЭМС). Разработка фильтра для подавления ЭМП занимает немало времени и предполагает множество симуляций, выполнение прототипов и проведение испытаний. В статье подробно описан метод моделирования фильтров электромагнитных помех с использованием электромагнитного симулятора из пакета программ CST STUDIO SUITE. Эффективность предложенного метода подтверждается измерениями на специально изготовленных прототипах. Для того чтобы оценить влияние различных неидеальностей на вносимое фильтром затухание и найти оптимальное соотношение между временем, необходимым для выполнения вычислений, и точностью моделирования, проанализированы различные сценарии упрощения симуляции.
Технология ЭМ-моделирования крупных СВЧ-систем без использования суперкомпьютеров
Сергей Топорков, Электроника-СВЧ 2016'1
В статье рассмотрен способ модульного подхода к оптимизации усиления рефлекторной антенной системы, реализуемый с помощью технологии моделирования и сборки составных проектов System Assembly and Modelling пакета программ CST STUDIO SUITE. Представлено сравнение полученных результатов с параметрами полной модели. Точность модульного решения та же, что и в случае электромагнитного 3D-моделирования полной системы, а затраты вычислительных ресурсов и общее время вычисления в несколько раз ниже.
Использование композитных структур для создания миниатюрных антенн
СВЧ-электроника 2018'1
Использование линий передачи и резонаторов со ступенчатым изменением полного сопротивления (stepped impedance resonator, SIR) на недорогих композитных право‑и левосторонних метаматериалах (Composite Right-/left-Handed Transmission Line, CRLH-TL) позволяет создавать высокоизбирательные одно- и двухдиапазонные антенны, физические размеры которых значительно меньше, чем у стандартных печатных антенн.
Широкополосная вибраторно-щелевая антенная решетка из печатных излучателей
CriMiCo’2015
В работе были представлены два варианта исполнения печатного вибраторно-щелевого излучателя, имеющие линейную и эллиптическую поляризации. Рассмотренные излучатели обладают большой рабочей полосой (3,25 ГГц до 11,2 ГГц) в которой КСВ не превышает 2. Так же в рассмотренном диапазоне частот КУ в максимуме составлял от 5 дБ до 11,2 дБ. Рассмотренный в работе излучатель, имеющий линейную поляризацию, был выбран для модернизации и экспериментальной отработки в диапазоне частот 3 ГГц-3.5 ГГц. Было решено, на основе модернизированного излучателя разработать АР состоящую из четырех излучателей, с характеристиками: КСВ не более 1,5 в рассматриваемой полосе частот, УБЛ не более -14 дБ, КУ не менее 13 дБ. Приведённые выше характеристики АР выполняются с учётом влияния системы питания. Расчёт характеристик излучателя, системы питания и АР в целом проводился с использованием САПР CST Studio Suite.
CST STUDIO SUITE 2017 Offers EM Simulation on Every Scale
EM simulation reduces costs and design time, enabling users to analyze and improve the performance and compliance of components and systems from the earliest stages of design. CST STUDIO SUITE® 2017, the upcoming* release of the EM and multiphysics simulation package, introduces new features that extend the software’s range of applications. These features include both front-end and back-end improvements across the suite, with many focusing on tools for synthesizing and simulating components, as well as for managing and analyzing these components as systems.
Автоматизация процесса проектирования антенн и устройств СВЧ в современных программных комплексах электродинамического моделирования. Часть 2. Особенности моделирования ЛПВА в среде CST Microwave Studio
Андрей Пластиков, СОЭЛ 2012'4
На примере логопериодической вибраторной антенны дециметрового диапазона волн рассмотрен процесс создания модели в программе Microwave Studio с помощью макроса на языке VBA. Выполнено сравнение результатов расчёта модели методом конечных разностей во временной области с характеристиками, полученными в среде EDITFEKO.
Школа проектирования СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE
Международный журнал экспериментального образования 2015'8
Учебное пособие посвящено программе CST STUDIO SUITE, которая по праву завоевала большую популярность среди коммерческих программ, предназначенных для проектирования СВЧ структур. С появлением разнообразных программ электродинамического моделирования изменилось отношение к аналитическим расчетам. Ведь для реальных комплексных СВЧ устройств достаточно сложно получить аналитическое решение задачи анализа, а зачастую это просто не представляется возможным. Однако всё это не должно изменить отношения к обязательному знанию радиотехники, в частности – электродинамики, антенн и устройств СВЧ и смежных с ними дисциплин. Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся по направлению 210400 «Радиотехника» и инженерно-технических работников. Современное проектирование СВЧ структур произвольной формы остро ставит задачу описания, выбора и подтверждения достоверности модели. Построение достоверной модели связано с задачей расчета и анализа характеристик физической системы, реализуемой на этом устройстве. Это первый важный вопрос, решаемый в процессе проектирования.
Modeling Conductor Surface Roughness
Printed Circuit Design & Fab 2008'10
In high speed digital intercormectss signal attenuation is a result of both dielectric losses and conductor losses. Many articles have shown in detail the characterization and modeling efforts related to the impact of dielectric loss in PCBs and the differences between various dielectric materials1. Nevertheless, high-speed characterization modeling efforts do not often take into accoWlt the variations in conductor losses due to copper foil roughness or treatments made to the copper foil to promote adhesion. Two types of interconnect structures are mainly used in order to propagate signals in integrated circuits (ICs) and printed circuit boards (PCBs): microstripline and stripline. Stripline is constructed by sandwiching a metallic strip within a dielectric material. The benefit of the closed structures compared to the microstripline, is better protection against external signals and unwanted radiation.
True Transient 3D EM/Circuit Co-Simulation Using CST STUDIO SUITE
Microwave Product Digest 2008'10
Today’s engineers are increasingly confronted with simulation tasks that involve the simulation of two types of problems: 3D electromagnetic structures and electronic circuits. The combination of these problems is commonly referred to as EM / circuit cosimulation. Not only can a distinction be made between the methods used to perform a cosimulation, but also in the type of co-simulations available. The need for co-simulation can be seen in many application areas such as antenna design, filter tuning, UWB applications, PCB and signal integrity analysis, RFIDs, etc.
Efficient, Accurate, Reliable Em Simulation Tool
MWJ 2008'10
In the ongoing race for reduced design costs and faster time to market, simulation efficiency remains the most important factor in electromagnetic field analysis. Simulation efficiency can be determined by the time taken to reach the final design, which is strongly influenced by the level of workflow integration, the versatility in manipulating the model, the choice of solver type, the method’s accuracy, the implementation’s efficiency and, of course, the hardware speed. The new CST STUDIO SUITE™ 2009, incorporating the CST MICROWAVE STUDIO® (CST MWS) 3D electromagnetic field simulator for microwaves and RF, has been specifically designed to meet these requirements.
New Wall Modeling Method Substantially Reduces Time Required for Electromagnetic Simulation of Semi-Anechoic Chamber
IEEE EMC Society Newsletter 2008'7
Modeling of the absorber on the walls provides a major obstacle in performing electromagnetic simulation of semi-anechoic chambers due to the very high permittivities and permeabilities. Simulation is critical in designing these chambers because nearfield effects in the 30 to 200 MHz range cannot be determined by theoretical methods. The simulation model typically requires a very fine mesh in the area of the wall in order to accurately simulate the performance of an Open Area Test Site (OATS). The fineness of the mesh drives up simulation times, typically to the range of several months, delaying the design process
Choosing Software for EMC Simulation
EMC Journal 2008'5
Designing electronic products to meet EMC requirements is becoming more and more challenging. Faster clock speeds and lower operating voltages are leading to enhanced emissions via apertures and seams, from heat sinks as well as an increase in the susceptibility of products. In addition, the trend towards integrating multiple wireless capabilities into products makes it necessary to also deal with the electromagnetic interference (EMI) effects of intentional radiators.
SPICE Modeling from an EM Simulation Environment
Printed Circuit Design & Fab 2008'2
The use of full-wave electromagnetic modeling can simulate the behavior of a high-speed differential backplane channel and advance the systemlevel design process. The operating frequency of high-speed copper backplane serial links is expected to reach 10 Gbps in the next few years. At a 10 Gbps data rate, the clock frequency is 5 GHz, equating to a period of 200 ps, which results in a signal rise time in the range of 30 to 50 ps. 'This rise time will influence the analog bandwidth and the highest significant frequency component both for the measurement bandwidth and the bandwidth of the channel model. To effectively design a serial link (channel) to operate effectively at this bandwidth, accurate signal integrity modeling is required.
Simulating the ESD Measurement for High Value Feedback
Electronic Environment 2008'1
Simulating EMC performance using 3D EM modelling software in the time domain has advantages over frequency domain modelling because a wide frequency band is simulated in one run. However some phenomena like ESD, lightning strikes, EMP or other transient phenomena can only be simulated in the time domain. The TLM-TD method can be used to simulate a model of an ESD gun for analysing induced currents on wires and visualising the discharge current path on electronic equipment. The main benefit of performing an ESD simulation is that it gives results which could otherwise be difficult or even impossible to measure. It is also a very quick simulation to perform. In this paper examples of using the ESD gun simulator to mimic measurement setups and address real design problems at an early stage are presented.
Electromagnetic Simulation Of Mobile Phone Antenna Performance
MWJ 2008'1
The telecommunications sector is making great advances aimed at delivering an even stream of high-tech devices, covering the significant consumer demands in this sector. Electromagnetic (EM) simulation is becoming an increasingly important tool in the design flow, not only at the antenna level but also at the phone and environmental levels. This article compares simulated results with measurements for several steps in the phone design chain.
Predicting Probable Cavity Resonance with a 3D EM Tool
HFE 2008'1
Electromagnetic analysis can be used to predict resonances inside microwave modules, allowing the designer to implement measures to avoid poor performance and instability. Cavity resonance is commonly encountered when the PCBs and RF components are placed in an enclosure. Due to the module height and the housing structure, the standing wave with characteristic such that the E and H fields are 90° out of phase with each other. The impedance will therefore fluctuate wildly across the cavity causing unknown effects on circuitry, including the introduction of instability to active devices [1].
A Software Suite To Aid Workflow
MWJ 2007'10
All companies need to see increasing income year on year to please investors and to fund their growth. A mounting need for microwave design, combined with skilled worker shortages, make seamless growth challenging. As a result, engineers in rapidly growing companies are faced with increased workloads, more diverse work and the requirement to work with other, perhaps unfamiliar parts of the company to achieve design goals. To make growth easier to manage, seamless workflow between software design tools has become critical. For example, different departments in a company, which may be geographically separated, could be designing handset antennas, PCB layout, antenna drive circuits and interconnects. They may all need to communicate layout, circuit and EM data and, due to mergers, they may all have different tool vendors. So, how does a company ensure that an overstretched engineer does not have to redesign the wheel every time he works on a new or updated design?
An Integral Equation Solver
MWJ 2007'8
Research and development engineers working in aerospace and defense continually strive to extend the boundaries of what is technically possible and this extends to the specialized field of electromagnetic simulation technology. One branch in this community deals with the optimization of radar cross sections (RCS), while another concentrates on the influence of the surroundings (an airplane body on the performance of communication or radar antennas, for example). What both of these application areas have in common is the size of the electrical problem, which can typically run to many hundreds of wavelengths, and that the relevant structures are mainly surfaces and free space.
Suppression of Simultaneous Switching Noise in Power and Ground Plane Pairs
Conformitys 2007'6
Parallel plate waveguide (PPW) noise, also known as simultaneous switching noise (SSN) or ground bounce noise (GBN) is one of the major concerns for the highspeed digital computer systems with fast edge rates, high clock frequencies, and low voltage levels. The resonance modes between the power and ground (PWR/GND) planes excited by the SSN causes significant signal integrity (SI) problems and electromagnetic interference (EMI) issues for the high-speed circuits. Therefore the elimination of this noise is essential. Adding decoupling capacitors to create a low impedance path between PWR/GND planes is a typical way to suppress SSN [1]. However, in general, these capacitors are not effective at frequencies higher than 600 MHz due to their finite lead inductance. The embedded capacitance with a very thin dielectric is another possible solution to suppress SSN; nevertheless the electromagnetic waves still propagate between the planes with resonance at specific frequencies.
Micromachining Concept on GaAs and a mm-Wave Oscillator Example
HFE 2006'10
Micromachining can place cavities, slots, microstrip lines, air gaps and other mechanical structures directly onto the semiconductor substrate material. Present technology demands reduced manufacturing cost, size, weight and improved performance for wireless and location services exploitation like GPS, as well as for the millimeter wave devices. This kind of demand for wider bandwidth along with state-of-theart performance can be accomplished with the use of micromachining and MEMS technology [1]. Developing micromachined technology is also essential for the future of integrating the entire communication system on a single chip.
Computational Electromagnetic Rises To The Challenge
MWJ 2006'8
Unlike other numerical simulation areaslike stress or thermal analysis, high frequency computational electromagnetics is an evolving science. Experts still argue about the fastest and most elegant approaches to solving problems and no single method has emerged as an outright winner. To make headway, development teams have to invest time and money in pure research projects with all the associated risk and potential reward that this brings. With a trend towards larger and ever more complex designs, the potential reward for the end-user is the ability to solve previously intractable problems quickly and accurately.
A Software Suite With Total Synergy
MWJ 2006'1
Design engineers currently using CST MICROWAVE STUDIO (CST MWS) appreciate its ease-of-use and the insight into devices which together facilitate a significant augmentation of throughput. Now though, these customers may be taken by surprise, because the box containing the eagerly awaited and much publicized new release is titled CST STUDIO SUITE 2006. Closer inspection reveals that this suite comprises the high frequency simulator CST MWS, the block schematic tool CST DESIGN STUDIO (CST DS), the low frequency simulator CST EM STUDIO (CST EMS), and last but not least, CST PARTICLE STUDIO (CST PS) dedicated to the fully consistent 3D simulation of free moving charged particles in electromagnetic fields. Figure 1 shows the CST STUDIO SUITE 2006 interface.
A Study of Transition Effects in Supercomponents
MWJ 2005'2
Highly dense supercomponents are the basic building blocks of every modern radar, EW or military communication systems. The demand for lower volume, lower weight and increased function has spurred developers to integrate more open-carrier devices within the same supercomponent. The carrier-to-carrier transition has a major effect on channel-to-channel isolation and performance. This article is a study of the effects of two major carrier-to-carrier transition types: microstrip and grounded coplanar waveguide. Ground regime design rules are concluded from the results.
CST Microwave Studio 5.0
Chip News 2004'4 (EDA Expert #7)
Немецкая компания CST, специализирующаяся в области электродинамического анализа, продолжает развивать свою линейку программных продуктов. В конце прошлого года немецкая компания Computer Simulation Technologies выпустила новую версию своего пакета полного трехмерного электромагнитного анализа CST Microwave Studio 5.0, призванного максимально сократить время проектирования объемных СВЧ устройств и повысить достоверность результатов анализа. В основе программных продуктов лежит общий теоретических подход, позволяющий реализовать широкий набор приложений, начиная с анализа статических и низкочастотных электромагнитных полей (в программе CST EM STUDIO) до сверхвысокочастотных и оптических систем.
From Design to Reality
MWJ 2004'1
Development speed is a major concern in today’s products’ life cycle. Ranking alongside the raw costs involved with prototyping a device, time-to-market is the one key constraint imposed on design engineers. Consequently, any innovative or competitive advantage can easily be lost if advanced ideas get stuck in a long pipeline of reiterations before finally becoming a marketable product. In an increasing number of disciplines, full 3D electromagnetic field simulation is becoming the sine qua non, to advance the prototyping, virtually, to a stage where the realization does not unexpectedly deviate from expectations. In many respects, a simulation is much more informative than a prototype, as it grants unlimited insight into the mechanism that makes a device succeed or fail.
Integration allows designers to use best-in-class software
Wireless Europe 2003'4
Circuit designers are using an increasingly diverse set of simulation tools. Martin Timm argues that the industry must develop open architectures that allow users to combine programs from various vendors. Simulation tools are an indispensable part of the radio frequency (RF) and microwave systems design process. The optimization of virtual design prototypes reduces the number of «cut and try» iterations - in which real prototype devices are built and tested - thereby saving time and money. Today's wireless equipment designers need a range of simulation software that offers maximum versatility and accuracy. Although some software vendors have responded by developing all-in-one packages, in practice designers rely on the combined expertise of several companies.
Packing More Antenna into Available Space
Applied Microwave & Wireless 2002'10
Wireless applications, particularly with multiple resonances, put new demands on antennas pertaining to size, gain, efficiency, bandwidth, and more. One promising approach in this regard is to use fractal geometries to find the best distribution of currents within a volume to meet a particular design goal. Within this world of complex geometries, engineers need the most efficient method using the most effective tool. CST MICROWAVE STUDIO® (CST MWS) from Computer Simulation Technology is a timedomain tool capable of analyzing broad-band structures with multiple resonances. It was used to study these fractal geometries using the example of a Sierpinski Triangle Antenna. The simulation demonstrated the ability of CST MWS to match the measured response of this broadband device in a single simulation, while also providing control over complex geometry construction with the built-in VBA macro editor.
A Revolution In Time Domain
MWJ 2002'8
CST MICROWAVE STUDIO® Version 4 (CST MWS) is a major new release of the company’s flagship 3D EM microwave modeling and design package. Over 1400 changes, enhancements and new features have been added to make this already powerful tool truly comprehensive and an invaluable resource. The microwave design engineer seeking rapid evaluations and optimizations of his virtual prototypes can now find a complete solution in a software tool that, despite its new power, has remained as user friendly and fun to use as ever.
Open Architecture Solves Large 3D Puzzles
MW&RF 2002'5
Version 2.0 of CST’s Design Studio modeling environment allows the seamless interaction of any number of solvers and simulation tools, as well as models and test data. Higher speeds and increasingly complex designs are blurring traditional boundaries between system modeling approaches. Complex computations are often best-solved by breaking them into a series of related, smaller problems. That is the approach used in Version 2.0 of the CST Design Studio (CST DS) from CST (Wellesley, MA), an open design environment that allows a variety of electronic-designautomation (EDA) tools to be applied to different parts of circuit and system models. With the open environment, a design engineer is free to choose the most-appropriate solvers available, regardless of the simulation method or supplier.
Designing components containing photonic bandgap structuresusing time domain field solvers
MWEE 2002'3
Arbitrary passive 3D structures are becoming increasingly complex, requiring ever faster and more efficient field solvers. Due to economical use of computer resources and run-time, the time domain code the technique has been gaining in importance over the last few years. This paper describes the application of metallo-dielectric resonant structures at microwave frequencies incorporated into realistic devices by using a 3D field simulator based on the time domain technique.
Ощутить вселенную трехмерной
Chip News 2002'2 (EDA Expert #1)
Прогресс не стоит на месте. Прошли времена, когда полное трехмерное моделирование электромагнитных полей интересовало только специалистов в области антенн и фильтров на объемных резонаторах. Современная тенденция применения более высоких частот, а также компактность устройств вынуждает инженеров учитывать эффекты распространения волн и полей рассеяния в задачах, которые ранее решались только традиционными средствами моделирования схем. Программный пакет CST Microwave Studio версии 3.4 производства немецкой компании Computer Simulation Technology является самой современной системой трехмерного электромагнитного моделирования. Великолепная комбинация интуитивного пользовательского интерфейса, мощных функций построения полностью параметризованных геометрических моделей и чрезвычайно производительного вычислительного ядра позволяет значительно ускорить процесс проектирования и сократить время выхода изделия на рынок. В данной статье приведен подробный обзор возможностей пакета CST MWS и его новых функций.
Численный расчет многоканальной ускоряющей структуры
Инженерная физика, 2004'4
Работа включает в себя результаты численного исследования многоканальной ускоряющей структуры, состоящие в моделировании распределения электромагнитного поля (ЭМП) в ускоряющей структуре (УС), определении собственных резонансных частот для требуемой моды колебания электромагнитного поля в УС.
В настоящее время в области моделирования СВЧ устройств существует множество программ, предлагающих различные подходы к компьютерному решению электродинамических задач [1, 2]. Наиболее быстрым и удобным продуктом в этой области сейчас является пакет Microwave Office 2002 производства американской компании Applied Wave Research. Однако при всех явных преимуществах этого продукта у него есть одно ограничение: трехмерные структуры в нем считаются как набор. плананых элементов расположенных на различных слоях. В этом нет ничего удивительного, так как nродукт изначально задумывался именно как инструмент проектирования монодлитных СВЧ устройств.
В большинстве случаев, СВЧ техним не ограничивается только планарными устройствами - здесь успешно применяются различные типы волнаводных устройств, апертурвые и объемные антенны. Поэтому потребность в истинно трехмерном моделировании не только не отпала, а стала еще более актуальной в связи с развитием современных средств связи, особенно миллиметрового диапазона.