Creazione di un progetto in CST Microwave Studio. Gestione di CST MWS con simulazione Matlab Cst studio

Sistemi di antenne a banda ultra larga

Corso di lavoro

sull'argomento: Modellazione di antenne in CAD CST Microwave Studio

Lavori eseguiti: Lavori controllati da:

Studente gr. Insegnante 4V-601С

Zavrazhin AN Shmachilin PA

1. Compito…………………………………………………………………………..3

2. Creazione di un progetto in CST Microwave Studio………………………………4

3. Modellazione dell'antenna……………………………………………………..7

4. Ricerca dell'antenna……………………………………………………….18

5. Conclusione…………………………………………………………………………22

6. Riferimenti…………………………….………………………..…24


Esercizio

Simula l'antenna nell'ambiente software CST Microwave Studio e studia i suoi parametri: SWR, guadagno, pattern direzionale, ecc.


Creazione di un progetto in CST Microwave Studio.

In questo articolo, prenderemo in considerazione la modellazione di un'antenna con un'antenna risonatore dielettrico a una frequenza di 5,78 GHz. Modelleremo l'antenna in base alla seguente fonte da Internet:

Un'antenna risonatore dielettrico (DRA) è un risonatore dielettrico posizionato su un substrato dielettrico di una linea a microstriscia guidata da un conduttore di linea. Queste antenne vengono utilizzate a frequenze superiori a 2 GHz.

La modellazione sarà effettuata nell'ambiente software CST Microwave studio 2015, la cui finestra principale è mostrata in Figura 1.

Figura 1. Finestra principale di CST Microwave studio 2015

La finestra può essere suddivisa in quattro zone: quella superiore, che mostra le schede dei menu che consentono di simulare l'antenna, studiarne i parametri e post-elaborare i risultati

Sulla sinistra c'è la finestra di navigazione, che contiene informazioni sull'antenna, i suoi componenti, i materiali da cui è realizzata l'antenna progettata. Anche qui ci sono i risultati delle modifiche a tutti i parametri dell'antenna, le informazioni sul suo diagramma di radiazione, i risultati della post-elaborazione, ecc.

Al centro c'è la finestra di modellazione principale in cui viene creata l'antenna.

In basso c'è un'area di parametri che possono essere impostati per facilitare la modellazione, come la lunghezza e la larghezza dei radiatori, lo spessore del materiale, ecc.

La modellazione inizia con la scelta del tipo di antenna, dell'area di modellazione, delle unità di misura. Il processo di selezione per tutti i parametri richiesti è mostrato nelle Figure 2-4. Tutte le opzioni vengono selezionate la prima volta che CST Microwave Studio viene avviato durante la creazione del progetto. Poiché stiamo modellando un'antenna DRA, nella scelta del tipo di antenna che si sta progettando, è necessario specificare il tipo Planare.

Inoltre, prima di iniziare la simulazione, indichiamo le frequenze in cui simuleremo le caratteristiche dell'antenna (Figura 4).

Per semplicità, eseguiremo la modellazione nel dominio del tempo nello stesso sistema di unità della sorgente.

Figura 2. Finestre iniziali del programma

Figura 3. Finestre iniziali del programma

Figura 4 - Le finestre iniziali del programma.

Dopo aver selezionato il tipo di antenna e le unità di misura, verrà caricata la finestra principale dell'ambiente software CST Microwave Studio, dove simuleremo e analizzeremo l'antenna.

Modellazione di antenne

Il processo di modellazione consiste nella creazione sequenziale di blocchi di antenne, radiatori a dipolo e nella creazione di una porta a cui porteremo la sorgente del segnale.

Il primo passo è impostare i parametri necessari dell'antenna, che faciliteranno l'ulteriore processo di modellazione. Impostiamo i seguenti parametri:

– larghezza, altezza e lunghezza del DRA

- larghezza della fessura

- spessore del metallo

– raggi interni ed esterni del connettore

- altezza del supporto

Figura 5. Elenco dei parametri da impostare

Il secondo passaggio consiste nel creare il sottofondo. Per fare ciò, nel pannello di modellazione (Modellazione) è necessario selezionare la voce Mattone (blocco), quindi per inserirne manualmente i parametri, premere il tasto Esc, e nella finestra che si apre, inserire i parametri necessari e modificare il tipo di materiale dal vuoto (Vacuum) a Nuovo materiale (Nuovo materiale) e creare un nuovo materiale con i parametri mostrati nella Figura 6. Il processo di creazione del blocco è mostrato anche nella Figura 6.

Figura 6. Processo di creazione del blocco in CST Microwave Studio.

Passaggio tre: creare un livello GND, per il quale selezioniamo il nostro substrato con il comando Scegli dal pannello del menu Modellazione (mostrato nella Figura 7)

Figura 7. Un esempio di selezione di un oggetto con il comando Seleziona

Quindi utilizziamo il comando Estrudi (Figura 8) per aggiungere un altro oggetto con i parametri necessari a un oggetto già esistente e nella finestra che si apre (Figura 9) impostiamo lo spessore richiesto del nuovo oggetto. È inoltre necessario cambiare il materiale da quello che abbiamo creato al rame (Cooper Pure).

Figura 8. Comando Estrusione

Figura 9. Selezione delle opzioni per un nuovo oggetto.

Il risultato finale è mostrato in Figura 10.

Figura 10. Aspetto del livello GND

Dopo aver creato l'oggetto strato GND, dobbiamo creare una linea di microstriscia che guiderà il nostro risonatore dielettrico. Per creare una linea nel posto giusto, dobbiamo impostare un sistema di riferimento di coordinate locali. Per fare ciò, seleziona il centro del bordo sinistro del nostro layer di terra con il comando Seleziona punto → Seleziona centro bordo dalla barra degli strumenti Modellazione, quindi premi il pulsante Allinea WCS sulla stessa barra degli strumenti. La Figura 11 mostra l'output di questo comando.

Figura 11. Creazione di un sistema di riferimento locale.

Successivamente, dobbiamo posizionare il nostro sistema di riferimento locale creato nel posto giusto, per il quale dobbiamo eseguire il comando Trasforma WCS dalla barra degli strumenti Modellazione. Nella finestra che si apre, è necessario inserire passo dopo passo i parametri mostrati in Figura 12. Spostarsi prima lungo uno e poi lungo l'altro asse delle coordinate.

Figura 12. Trasformazione dell'asse delle coordinate locali

Successivamente, si procede direttamente alla creazione di una linea in microstriscia che ecciterà il nostro risuonatore. Il processo di creazione è simile alla creazione del livello GND, solo i parametri differiscono. Ancora una volta è necessario cambiare il materiale in rame.

Figura 13. Creazione di una linea di microstriscia

Dopo aver creato la linea, creeremo una fessura nello strato GND, che consentirà il trasferimento di energia al risonatore. Per fare ciò, cambieremo nuovamente la posizione del sistema di coordinate locale. È necessario modificare in sequenza la posizione del sistema di coordinate secondo la Figura 14.

Figura 14. Modifica del sistema di coordinate.

Successivamente, è necessario creare uno slot con i seguenti parametri, mostrati in Figura 15. Creeremo un oggetto con il comando Brick, come prima. Dopo aver creato l'oggetto, devi trasformarlo in una fessura ritagliandolo dal livello GND.

Figura 15. Parametri del blocco slot

Il processo di taglio viene eseguito immediatamente dopo la creazione tramite il comando Shape Intersezione. La finestra di dialogo si aprirà automaticamente dopo la creazione del blocco. In esso, è necessario selezionare l'elemento forma Taglia via da evidenziato, dopodiché il nostro oggetto creato verrà ritagliato (Figura 16).

Figura 16. Risultato del comando taglia blocco

Successivamente, iniziamo la creazione di un risuonatore dielettrico. Per prima cosa dobbiamo cambiare la posizione dell'asse delle coordinate locali. Per fare ciò, seleziona il centro del bordo destro del livello GND usando il comando Seleziona punto → Seleziona centro bordo (Figura 17), seleziona il comando Allinea WCS nel pannello Modellazione, quindi, usando il comando Trasforma WCS, cambia il posizione del sistema di coordinate come mostrato nella Figura 18.

Figura 17. Spostamento dell'origine dell'asse delle coordinate

Figura 18. Il risultato finale della trasformazione dell'asse delle coordinate.

Ora si procede alla creazione diretta di un risuonatore dielettrico. Per fare ciò, dobbiamo creare un oggetto Brick con i seguenti parametri mostrati in Figura 19. Creiamo un risonatore al centro dello slot.

Figura 19. Parametri del risonatore

Dopo aver creato il risonatore, la creazione dell'antenna può essere considerata completa. La vista generale è mostrata in Figura 20. Ora dobbiamo creare un luogo in cui applicheremo il segnale, ad es. posizione del porto.

Per fare ciò, creeremo un connettore sull'antenna, che sarà la porta.

Figura 20. Vista esterna dell'antenna

Iniziamo a creare una porta spostando l'origine dell'asse delle coordinate in modo da mettere il connettore al posto giusto. Selezionare il centro del bordo sinistro del campo GND utilizzando il comando Seleziona punto → Seleziona centro bordo. Successivamente, eseguiremo il comando Allinea WCS. L'origine del sistema di coordinate si sposterà in questo punto.

Figura 21. Offset dell'origine dell'asse delle coordinate.

Creiamo il nucleo centrale del connettore come mostrato in Figura 22. Per fare ciò, seleziona il comando Cilindro nel pannello Modellazione, premi il tasto Esc, ed inserisci i parametri mostrati in figura nella finestra che si apre.

Figura 22. Conduttore centrale del connettore

Il prossimo passo è creare un dielettrico attorno ad esso. Creiamo un dielettrico con raggio ro, spostiamo il sistema di coordinate al centro del cilindro del nucleo centrale da noi creato. L'offset viene eseguito dal comando Allinea WCS. Preliminarmente, con il comando Scegli faccia, selezionare la parte superiore del cilindro dell'anima. Il processo di creazione è mostrato in Figura 23. È necessario cambiare il materiale da Cooper (rame) a Teflon.

Figura 23. Il processo di creazione di un dielettrico

Quindi, crea un nuovo cilindro attorno al dielettrico, che fungerà da parte esterna del connettore, collegandosi allo strato GND. Il processo di creazione è simile al precedente, fatta eccezione per i parametri del cilindro. Sono mostrati nella Figura 24.

Figura 24. Parametri del cilindro

È inoltre necessario tagliare il filo centrale del connettore dallo strato GND. Questo viene fatto con il comando Booleano → Inserisci che si trova nel pannello Modellazione. Per tagliare un core dal livello GND, è necessario selezionarlo nell'albero di navigazione, eseguire il comando Booleano → Inserisci e, dopo aver selezionato il livello GND nell'albero di navigazione, premere il tasto Invio. Successivamente, il nucleo verrà tagliato da questo strato (Figura 25).

Figura 25. Il risultato dell'esecuzione del comando Inserisci.

Questo completa il processo di creazione di un'antenna, puoi procedere al calcolo delle sue caratteristiche.

Studio dell'antenna

Dopo aver creato l'antenna, dobbiamo portare un segnale ad essa. In CST Microwave Studio, il processo di connessione di un segnale a un'antenna consiste nel creare una cosiddetta porta (Port). Nella nostra antenna creeremo una porta sul connettore creato.

Per creare una porta, è necessario accedere alla scheda del menu Simulazione, trovare la voce Punto di prelievo e selezionare la voce Punto di prelievo dall'elenco a discesa (Figura 26) e fare clic sul nostro connettore. Successivamente, è necessario selezionare la voce Waveguard Port nel pannello Simulation e impostare i parametri della porta, come in Figura 26.

Figura 26. Il processo di creazione di una waveport.

Dopo aver creato la porta, dobbiamo scegliere le caratteristiche che modelleremo. Per fare ciò, nella scheda Simulazione, seleziona la voce Monitor di campo e nella finestra che si apre, seleziona l'opzione per tracciare il diagramma di radiazione (Farfield / RCS) e inserisci il valore di frequenza su cui costruiremo il diagramma. Nel nostro caso, questo è 5,78 GHz. Il processo di creazione di un monitor da campo è mostrato nella Figura 27.

Figura 27. Creazione di un monitor da campo.

Dopo aver installato tutti i monitor necessari, è necessario avviare l'antenna per il calcolo dei parametri, per i quali, nella scheda del menu Simulazione, selezionare la voce Setup Risolutore e, nella finestra che appare, specificare i parametri secondo la Figura 28.

Figura 28. Finestra di configurazione del risolutore

Limiteremo la precisione del calcolo a -25 dB per velocizzare il calcolo. Imposteremo anche il parametro Normalizza su Impedenza fissa, ad es. il calcolo verrà effettuato per un valore di resistenza fisso di 50 ohm. Premendo il pulsante Start, lanciamo il programma per il calcolo dei parametri.

I risultati della simulazione dei parametri sono mostrati nelle Figure 29 - 32. La Figura 29 è il valore VSWR rispetto alla frequenza, la Figura 30 è il diagramma polare e la Figura 31 è una visualizzazione 3D del diagramma dell'antenna. La figura 32 mostra un grafico del valore del parametro S11

Figura 29. Antenna VSWR

Figura 30. Schema dell'antenna in coordinate polari

Figura 31. Vista 3D del diagramma di radiazione.

Figura 32. Valore del parametro S11

Conclusione

In base alle caratteristiche ottenute a seguito della simulazione, si può dire delle scarse proprietà direzionali dell'antenna. Inoltre, l'antenna ha un livello molto alto di lobi laterali, che crea problemi anche durante la ricezione e l'emissione di un segnale. VSWR nella gamma di frequenza operativa ha una scarsa risposta, che potrebbe indicare difetti nel design dell'antenna.

I dati ottenuti sono molto diversi dai risultati ottenuti nella sorgente da cui è stata simulata l'antenna. Le Figure 33 e 34 mostrano alcuni dei parametri dell'antenna. L'antenna è stata progettata rigorosamente in accordo con la fonte, ripetendola passo dopo passo. Una differenza così forte nei parametri potrebbe essere dovuta alla modellazione dell'antenna alla sorgente in una versione molto precedente di CST Microwave Studio e, di conseguenza, alla differenza negli algoritmi di calcolo.

È necessario un ulteriore perfezionamento dei parametri meccanici dell'antenna per ottenere il diagramma di radiazione fornito nella sorgente.

Figura 32. Schema dell'antenna nel sistema di coordinate polari

Figura 34. Valore del parametro S11.

Bibliografia

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1981

2. Appunti delle lezioni

AV Fateev

ad uso interuniversitario come sussidio didattico per gli studenti che studiano nelle aree di formazione specialistica

"Sistemi e complessi radioelettronici" - 210601.65 e master "Ingegneria radiofonica" - 210400.68

Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa

UNIVERSITÀ STATALE DEI SISTEMI DI CONTROLLO E DELLA RADIOELETTRONICA (TUSUR)

Dipartimento di Microonde e Radio Quantum Engineering

Fateev AV

Utilizzo del software CST Microonde Studio

per il calcolo di antenne e dispositivi a microonde

Esercitazione

Per gli studenti che studiano nelle aree di formazione di specialisti 210601.65 - Sistemi e complessi radioelettronici e master 210400.68 - Ingegneria radiofonica

UDC 621.3.049.77.029:681.3.06

Revisori:

can. Fisica-Matematica. Sci., Ricercatore, Laboratorio di Elettronica ad Alta Frequenza, ISE SB RAS

Bolzovsky E.V.

can. tecnico. Scienze, Professore Associato, Preside. Dipartimento di Ingegneria Radiofonica FGAOU VPO "Università Federale Siberiana"

Salomatov Yu.P.

Fateev AV

Applicazione del software CST Microwave Studio per il calcolo di antenne e dispositivi a microonde: Tutorial. – Tomsk: Tomsk. stato sistemi di controllo un-t. e radioelettronica, 2014. - 120 p.

Vengono descritte le basi per lavorare con il sistema di progettazione elettrodinamica CST Microwave Studio. Vengono forniti esempi di modellazione di antenne e dispositivi a microonde. Vengono considerate le caratteristiche dell'elaborazione dei risultati di progettazione.

Il libro di testo è destinato agli studenti delle università tecniche,

Ingegneria radiofonica, e comprende materiale didattico sulla disciplina "Dispositivi a microonde e antenne".

© Tomsk. stato Università dei Sistemi di Controllo e della Radioelettronica, 2014

© Fateev AV, 2014

Introduzione ................................................. ................................................ .. .....

Introduzione a CST Microonde Studio ............................................. ....... .................

1.1. Informazioni sul programma ................................................. .................................................

1.2. Passaggi e impostazioni di base per la creazione di un modello CAD .....

1.3. Creazione di oggetti ................................................ ...................................................

1.4. Proprietà dell'oggetto ................................................ ..................................................

1.5. Proprietà dei materiali ................................................ ..................................................

1.6. Trasformazione oggetto ................................................ ................. .................

1.7. Associazioni di oggetti ................................................ ................................................

1.8. Esempi vincolanti ................................................ ................................ ...

1.9. Utilizzo delle curve ................................................ ..................................

Impostazioni per il calcolo elettromagnetico................................................ ................

2.1.Assegnazione delle porte del dispositivo .................................. ...................................

2.2 Divisione della maglia ................................................ .. ...................................

Un esempio di modellazione di una transizione da coassiale a guida d'onda .............................

Calcolo dell'antenna E-settoriale ................................................ ....................

Esempio di simulazione di array di antenne ............................................... ................

Modellazione di un risuonatore ................................................. .... .......................

Modellazione del divisore di potenza ................................................ ................... .........

Letteratura................................................. ..................................................

introduzione

Attualmente, molti sviluppatori di antenne e dispositivi a microonde utilizzano sistemi di progettazione elettrodinamica specializzati. Il funzionamento di tali prodotti software si basa sulla soluzione numerica delle equazioni di Maxwell in forma integrale o differenziale. Il metodo di soluzione fondamentale è senza dubbio

influisce sull'efficienza e sulla precisione con cui è possibile modellare determinati componenti e dispositivi ad alta frequenza.

Il tutorial è composto da sette sezioni. La prima sezione fornisce una panoramica dell'interfaccia utente del programma. La seconda sezione descrive gli strumenti principali per creare un modello di dispositivo e le impostazioni del programma. Le sezioni seguenti sono dedicate al calcolo di antenne e dispositivi a microonde, che mostrano le possibilità di post-elaborazione dei risultati, che danno una chiara comprensione del funzionamento del dispositivo e della propagazione dei campi elettromagnetici al suo interno.

Lo scopo del libro di testo è fornire agli studenti i concetti di base nel campo della modellazione della tecnologia delle antenne e dei dispositivi a microonde, per aiutarli a padroneggiare gli strumenti di calcolo di base ei principi di costruzione di sistemi di antenne.

Un moderno radiologo dovrebbe essere guidato in queste materie,

deve conoscere le capacità dei moderni sistemi di modellazione elettrodinamica e, in una situazione particolare, essere in grado di creare correttamente un modello,

1. Introduzione a CST Microonde Studio

1.1. Sul programma

CST Microwave Studio è uno dei pacchetti software di CST Studio

CST MICROWAVE STUDIO è un programma per la modellazione elettromagnetica 3D da guide d'onda e antenne a elementi ottici. Il programma consente di risolvere il problema con diversi metodi e offre un'elevata precisione di calcolo. L'intervallo di lunghezze d'onda in cui il programma funziona in modo più efficace va dalla lunghezza d'onda corta al nanometro;

CST EM STUDIO è uno strumento di analisi e progettazione per strutture statiche ea bassa frequenza. Le applicazioni includono: solenoidi, trasformatori, applicazioni EMC,

generatori, teste di misura elettromeccaniche, motori, sensori e strutture di schermatura. È possibile analizzare elettrico e

campi magnetostatici, correnti parassite e superficiali;

CST PARTICLE STUDIO è un pacchetto per la progettazione e l'analisi di cannoni elettronici 3D, tubi a raggi catodici, magnetron.

Include diversi prodotti software CST STUDIO,

modellazione dei portatori di carica di guida e tiene conto anche dei processi di temperatura;

CST PCB STUDIO - un pacchetto per lo studio della propagazione dei segnali radio nei circuiti stampati, compresa la risoluzione di problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) e di interferenza elettromagnetica (EMI);

CST CABLE STUDIO è progettato per analizzare il percorso, le influenze e la compatibilità di linee interconnesse, inclusi cavi coassiali, fili singoli, doppini intrecciati e assemblaggi di cavi complessi;

CST MPHYSICS STUDIO - un pacchetto specializzato per la modellazione termodinamica e meccanica;

CST CABLE STUDIO è un pacchetto specializzato per la modellazione di effetti elettromagnetici nei cavi, che consente di ottimizzare il peso e le dimensioni di fili singoli, doppini e fasci complessi con un numero illimitato di conduttori. Il programma consente di valutare le tensioni in diversi punti dei cavi, le correnti attraverso determinati conduttori, i parametri S, le impedenze e la raccolta reciproca dei conduttori l'uno sull'altro.

CST BOARDCHECK è un pacchetto specializzato che consente di importare progetti di circuiti stampati da vari sistemi di progettazione e

identificare possibili problemi di compatibilità elettromagnetica in essi secondo una serie di restrizioni specifiche.

CST DESIGN STUDIO è una piattaforma unica per gestire l'intero processo di sviluppo di un sistema complesso, dai componenti elettrici ai sistemi radio. Permetterà la co-simulazione del progetto calcolato da tutti i pacchetti di CST Studio.

A base del programma CST Microwave Studio è un metodo di approssimazione sviluppato da CST per condizioni al contorno ideali

(PBA), che integra con successo il consolidato metodo degli integrali definiti (FI), operando nel dominio del tempo. In qualsiasi metodo relativo alla modellazione agli elementi finiti, tutte le superfici vengono scomposte in piccoli elementi. Se il modello del dispositivo a microonde è specificato solo da piani rettilinei, il numero di elementi di partizione analizzati è piccolo e il calcolo viene eseguito in modo relativamente rapido. Quando le superfici curve vengono utilizzate nei dispositivi a microonde, la loro approssimazione richiede un numero molto maggiore di elementi di partizione, il che porta a notevoli costi di tempo nell'analisi. La combinazione dei metodi PBA e FI proposti da CST ha permesso di risolvere rapidamente i problemi di modellazione di dispositivi a microonde complessi con superfici curve.

Dispositivi tipici modellati utilizzando il pacchetto CST

Microonde Studio sono:

accoppiatori direzionali in guida d'onda e microstriscia;

potenza;

divisori e sommatori di potenza;

filtri a guida d'onda, microstriscia e dielettrici;

strutture a microstriscia mono e multistrato;

varie linee di trasmissione;

connettori coassiali e multi-uscita;

transizioni a guida d'onda coassiale e a striscia coassiale;

guide d'onda ottiche e interruttori;

antenne di vario tipo: a tromba, a spirale, planari.

Caratteristiche principali del pacchetto CST Microonde Studio:

calcolo dei parametri S in un'ampia gamma di frequenze;

potente linguaggio integrato per la scrittura di macro VBA, supporto per la tecnologia di collegamento e incorporamento di oggetti (OLE);

soluzione rapida ed accurata nel dominio del tempo ottenuta con il metodo degli integrali definiti;

un aumento significativo della produttività dovuto all'uso del metodo di approssimazione delle condizioni al contorno ideali (PBA);

realizzazione della struttura analizzata basata su ACIS;

importazione ed esportazione di strutture nei formati SAT, IGET e STL;

varie modalità di eccitazione della struttura mediante l'utilizzo di porte esterne ed interne;

calcolo dei modi propri dei porti;

calcolo automatico delle impedenze delle porte;

visualizzazione animata dei campi;

visualizzazione dei risultati ottenuti durante l'esecuzione del calcolo4

potente ottimizzatore;

Calcoli del campo dell'antenna nella zona lontana (rappresentazione bidimensionale e tridimensionale del campo, guadagno, calcolo dell'ampiezza angolare dei lobi principali e laterali del diagramma di radiazione).

1.2. Passaggi e impostazioni di base per la creazione di un modello CAD

Una volta aperto, il programma CST Studio Suite (Fig. 1) consente di selezionare due opzioni per avviare il pacchetto richiesto:

Figura 1. Interfaccia di CST Studio Suite

1. Utilizzare la procedura guidata di configurazione. Per fare ciò, è necessario selezionare

Crea Progetto (vedi Fig. 2) e, seguendo i prompt, puoi impostare i preset e scegliere il metodo di calcolo più appropriato.

Figura 2. Finestra della procedura guidata di configurazione

2. Oppure selezionare il modulo CST Microwave Studio.

L'interfaccia principale del programma è composta da diverse finestre:

1. Albero di navigazione - albero del progetto;

2. Barra multifunzione - controlli;

3. Piano di disegno - una finestra per la visualizzazione di un modello CAD o dei risultati di calcolo;

4. Elenco parametri – finestra parametri oggetto;

5. Massaggi e progresso - finestra del messaggio.

La Figura 3 mostra un'immagine della finestra principale di CST Microwave Studio.

Figura 3. Interfaccia CST Microwave Studio

Come puoi vedere, l'interfaccia di CST Microwave Studio (MWS) non è diversa dalle interfacce di qualsiasi altro programma CAD con cui puoi creare modelli 3D di oggetti.

I controlli sono suddivisi in schede tematiche (Fig. 4) per un controllo coerente dell'intera interfaccia del programma.

Parole chiave

FILTRO PASSA ALTO/FREQUENZA DI TAGLIO/ LARGHEZZA DI BANDA/ STUDIO MICROONDE CST / FREQUENZA DI TAGLIO DEL FILTRO PASSA ALTO/ LARGHEZZA DI BANDA

annotazione articolo scientifico su ingegneria elettrica, ingegneria elettronica, informatica, autore di lavori scientifici - Dmitry Sergeevich Deracits, Natalya Nikolaevna Kisel, Sergey Grishchenko

Per proteggere i dispositivi dalle interferenze e risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica, è necessario utilizzare filtri con un'attenuazione di 60 dB o più in stopband. I dispositivi di questo tipo non solo devono sopprimere efficacemente le interferenze nella gamma di frequenza richiesta, ma devono anche avere una buona schermatura contro la penetrazione di interferenze esterne indotte nei dispositivi. Applicazione filtri ad alta frequenza nel percorso del segnale può migliorare significativamente il rapporto segnale-rumore dell'intero dispositivo sopprimendo il rumore a bassa frequenza e la deriva dei segnali con frequenze inferiori al limite inferiore dello spettro di frequenza del segnale desiderato. È stato simulato un filtro con una frequenza di taglio di 90 MHz, in cui l'attenuazione nella banda operativa non è superiore a 1 dB e la soppressione è esterna larghezza di banda non inferiore a 90 dB. Il filtro è un circuito oscillatorio collegato in serie collegati in parallelo. Ciascuno dei circuiti è accoppiato capacitivamente al circuito adiacente e funziona come un filtro trappola sintonizzato su una delle frequenze di soppressione. La sovrapposizione delle bande da parte di ciascuno dei filtri implementa l'intera banda di notch del filtro specificata da 0 a 90 MHz. La progettazione è stata eseguita in due fasi: modellazione del circuito e modellazione elettromagnetica 3D completa, tenendo conto dell'involucro metallico e della possibile influenza tra le cascate dovute alle onde superficiali che si formano sul substrato del filtro dielettrico. Il pacchetto CAD microonde CST Microwave Studio fornisce un'analisi dei parametri del campo elettromagnetico nel volume del filtro progettato ed esegue un rigoroso calcolo delle sue caratteristiche tecniche.

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    2013 / Kisel Natalya Nikolaevna, Grishchenko Sergey Grigorievich, Bogachenko Denis Alexandrovich

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Per proteggersi dalle interferenze e risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica è necessario utilizzare filtri con attenuazione di 60 dB o più in stopband. Dispositivi di questo tipo non solo devono ridurre efficacemente il rumore nella gamma di frequenza desiderata, ma devono anche avere una buona schermatura contro la penetrazione nel dispositivo indotta dal rumore esterno. L'uso del filtro passa-alto nel percorso del segnale può migliorare significativamente il rapporto segnale/rumore dell'intero dispositivo sopprimendo il rumore a bassa frequenza e i segnali di deriva con frequenze inferiori al limite inferiore dello spettro di frequenza del segnale desiderato. Il lavoro è stato eseguito modellando un filtro con una frequenza di taglio di 90 MHz, la cui attenuazione nella banda operativa è inferiore a 1 dB e la soppressione è una larghezza di banda non inferiore a 90 dB. Un filtro è un circuito risonante in serie collegato in parallelo. Ciascun circuito è accoppiato capacitivamente a un circuito adiacente e funziona come un filtro di arresto banda configurato per sopprimere una delle frequenze. La sovrapposizione delle bande di ciascun filtro implementa l'intero filtro di reiezione della banda impostato da 0 a 90 MHz. La progettazione è stata eseguita in due fasi: simulazione del circuito e simulazione elettromagnetica 3D completa con il corpo metallico e il possibile impatto tra gli stadi dovuto alle onde superficiali generate su un filtro di substrato dielettrico. Il software CAD a microonde CST Microwave Studio fornisce un'analisi dei parametri del campo elettromagnetico nel volume del filtro di progetto e implementa un rigoroso calcolo delle sue caratteristiche tecniche.

Il testo del lavoro scientifico sull'argomento "Modellazione basata sul filtro passa-alto CAD CST Microwave Studio"

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Belyakov Stanislav Leonidovich - Università Federale Meridionale; e-mail: [email protetta]; 347928, Taganrog, per. Nekrasovsky, 44; tel.: +78634371695; Dipartimento dei Sistemi di Sicurezza dell'Informazione e Analitica; Dottore in Scienze Tecniche; Professoressa.

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [email protetta]; Dottore in Scienze Tecniche; Professoressa.

Rozenberg Igor Naumovich - JSC Research and Design Institute of Railway Transport Engineers (NIIAS); e-mail: [email protetta]; 109029, Mosca, st. Nizhegorodskaya, 27, edificio 1; tel.: 84959677701; vice direttore generale; d.t.s.

Belyakov Stanislav Leonidovich - Università Federale Meridionale; e-mail: [email protetta]; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia; telefono: +78634371695; il dipartimento dei sistemi informativi analitici della sicurezza; dott. dell'ing. sc.; professoressa.

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [email protetta]; dott. dell'ing. sc.; professoressa.

Rozenberg Igor Naymovich - Ente pubblico "Istituto di ricerca e sviluppo degli ingegneri ferroviari"; e-mail: [email protetta]; 27/1, Nizhegorodskaya, Mosca, 109029, Russia; telefono: +74959677701; vicedirettore; dott. dell'ing. sc.

UDC 621.396.67

DS Derachits, N.N. Kisel, SG Grishchenko

MODELLAZIONE IN STUDIO DI MICROONDE CST BASATA SU CAD DI UN FILTRO PASSA ALTO

Per proteggere i dispositivi dalle interferenze e risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica, è necessario utilizzare filtri con un'attenuazione di 60 dB o più in stopband. I dispositivi di questo tipo non solo devono sopprimere efficacemente le interferenze nella gamma di frequenza richiesta, ma devono anche avere una buona schermatura dalla penetrazione del rumore indotto nei dispositivi.

interferenza esterna. L'uso di filtri ad alta frequenza nel percorso del segnale può migliorare significativamente il rapporto segnale-rumore dell'intero dispositivo sopprimendo il rumore a bassa frequenza e la deriva dei segnali con frequenze inferiori al limite inferiore dello spettro di frequenza del segnale desiderato . È stato simulato un filtro con frequenza di taglio di 90 MHz, che presenta un'attenuazione nella banda operativa non superiore a 1 dB e una soppressione fuori banda di almeno 90 dB. Il filtro è un circuito oscillatorio collegato in serie collegati in parallelo. Ciascuno dei circuiti è accoppiato capacitivamente al circuito adiacente e funziona come un filtro trappola sintonizzato su una delle frequenze di soppressione. La sovrapposizione delle bande da parte di ciascuno dei filtri implementa l'intera banda di notch del filtro specificata da 0 a 90 MHz. La progettazione è stata eseguita in due fasi: simulazione del circuito e simulazione elettromagnetica SD completa, tenendo conto della custodia metallica e della possibile influenza tra le cascate dovute alle onde superficiali che si formano sul substrato del filtro dielettrico. Il pacchetto CAD microonde CSTMicrowave Studio fornisce un'analisi dei parametri del campo elettromagnetico nel volume del filtro progettato ed esegue un rigoroso calcolo delle sue caratteristiche tecniche.

Filtro passa alto; frequenza di taglio; larghezza di banda; CST Microonde Studio.

DS Derachits, N.N. Kisel, SG Grishchenko

SIMULAZIONE DEL FILTRO PASSA ALTO MEDIANTE IL SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO

Per proteggersi dalle interferenze e risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica è necessario utilizzare filtri con attenuazione di 60 dB o più in stopband. Dispositivi di questo tipo non solo devono ridurre efficacemente il rumore nella gamma di frequenza desiderata, ma devono anche avere una buona schermatura contro la penetrazione nel dispositivo indotta dal rumore esterno. L'uso del filtro passa-alto nel percorso del segnale può migliorare significativamente il rapporto segnale/rumore dell'intero dispositivo sopprimendo il rumore a bassa frequenza e i segnali di deriva con frequenze inferiori al limite inferiore dello spettro di frequenza del segnale desiderato. Il lavoro è stato eseguito modellando un filtro con una frequenza di taglio di 90 MHz, la cui attenuazione nella banda operativa è inferiore a 1 dB e la soppressione è la larghezza di banda - non inferiore a 90 dB. Un filtro è un circuito risonante in serie collegato in parallelo. Ciascun circuito è accoppiato capacitivamente a un circuito adiacente e funziona come un filtro di arresto banda configurato per sopprimere una delle frequenze. La sovrapposizione delle bande di ciascun filtro implementa l'intero filtro di reiezione della banda impostato da 0 a 90 MHz. La progettazione è stata effettuata in due fasi: simulazione del circuito e 3D completa - simulazione elettromagnetica con il corpo metallico e il possibile impatto tra gli stadi dovuto alle onde superficiali generate su un filtro di dielettrico a substrato. Il software CAD a microonde CST Microwave Studio fornisce un'analisi dei parametri del campo elettromagnetico nel volume del filtro di progetto e implementa un rigoroso calcolo delle sue caratteristiche tecniche.

frequenza di taglio del filtro passa-alto; larghezza di banda; CST Microonde Studio.

Introduzione. Il ritmo di sviluppo delle apparecchiature di infocomunicazione e dei sistemi energetici porta a un deterioramento dell'ambiente elettromagnetico. Un aumento del livello di interferenza al di fuori della gamma di frequenza operativa porta a guasti delle apparecchiature radioelettroniche (REA) esistenti. Per proteggere le apparecchiature elettroniche dalle interferenze e risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica, è necessario utilizzare filtri con un'attenuazione di 60 dB o più in stopband. I dispositivi di questo tipo non dovrebbero solo sopprimere efficacemente le interferenze nella gamma di frequenza richiesta, ma anche avere una buona schermatura contro la penetrazione di interferenze esterne indotte nell'apparecchiatura elettronica.

I principali parametri tecnici di qualsiasi filtro di solito includono: caratteristiche di ampiezza e frequenza di fase (risposta in frequenza e risposta di fase), frequenza di taglio (frequenze), banda passante, banda di soppressione, livello di attenuazione nella banda passante, livello di soppressione e altri. La frequenza di taglio in qualsiasi filtro è considerata una tale frequenza alla quale l'ampiezza del segnale di uscita raggiunge un livello di 0,707 (-3 dB su scala logaritmica) dal suo valore massimo. In questo caso, la potenza fornita al carico all'uscita del filtro è la metà del suo valore massimo. La banda di frequenza all'interno della quale

la potenza del segnale in uscita cambia dal suo valore massimo alla metà, chiamato larghezza di banda (trasparenza) del filtro. Di conseguenza, la banda di frequenza, all'interno della quale la potenza nel carico varia dalla metà del valore massimo al suo minimo (nel limite - zero), è tradizionalmente considerata la banda di soppressione (blocco o notching) del filtro.

È noto che un filtro passa-alto (HPF) è un dispositivo che sopprime i segnali di ingresso nella gamma di frequenza al di sotto della frequenza di taglio di questo filtro. HPF di segnali analogici sono attivi, cioè che richiedono fonti di alimentazione per il loro lavoro e passive, che non richiedono tali fonti. In un HPF attivo, è necessario utilizzare elementi attivi realizzati utilizzando la tecnologia microelettronica, ad esempio amplificatori operazionali, e un HPF passivo può essere realizzato solo su componenti elettronici passivi. È importante notare qui che l'uso di qualsiasi filtro passa-alto nel percorso del segnale REA può migliorare significativamente il rapporto segnale-rumore dell'intero dispositivo sopprimendo il rumore a bassa frequenza e la deriva del segnale con frequenze inferiori al limite inferiore dello spettro di frequenza del segnale utile.

Modellazione di un filtro passa alto. In questo lavoro è stata eseguita una simulazione di un filtro passa-alto con una frequenza di taglio di 90 MHz, in cui l'attenuazione nella banda operativa non è superiore a 1 dB e la soppressione fuori banda è di almeno 90 dB . Il filtro è implementato come un filtro passa-alto del ventesimo ordine ed è un circuito oscillatorio in serie collegato in parallelo (Fig. 1).

Ciascuno dei circuiti è accoppiato capacitivamente al circuito adiacente e funziona come un filtro trappola sintonizzato su una delle frequenze di soppressione. La sovrapposizione delle bande con ciascuno dei filtri implementa l'intera banda di reiezione HPF, impostata da 0 a 90 MHz.

Riso. 1. Circuito elettrico dell'HPF del ventesimo ordine

La progettazione è stata eseguita in due fasi: simulazione del circuito e simulazione 3D - elettromagnetica completa, tenendo conto dell'involucro metallico e della possibile influenza tra le cascate dovute alle onde superficiali che si formano sul substrato del filtro dielettrico. Come risultato della simulazione del circuito, vengono calcolate le capacità e le induttanze del circuito del filtro, la cui risposta in frequenza è mostrata in fig. 2. I parametri degli elementi filtranti concentrati sono riportati nella tabella. uno

Riso. 2. Modello tridimensionale di HPF in SBT

Tabella 1

Parametri degli elementi filtranti concentrati

Denominazione Nominale, nH Denominazione Nominale, pF Denominazione Nominale, pF

L4, L5, L6, L7 82 C13 33 C17 75

L8 100 C5, C9, C11 36 C4 82

L3 110 C7 39 C16 100

L9 133 C15 43 C2 120

L2 220 C3 47 C1 150

L10 276 C8, C10 51 C18 280

L1 680 C6 56 C19 1000

La modellazione 3D è stata eseguita nel pacchetto CAD a microonde CST Microwave Studio, i parametri degli elementi filtranti passivi concentrati ottenuti nella prima fase della modellazione del circuito e riportati nella tabella sopra sono stati utilizzati come dati iniziali. Come substrato è stata utilizzata fibra di vetro FR4 con uno spessore di 1 mm, costante dielettrica £=4,6 e tangente di dispersione dielettrica 5=0,015. Il modello di filtro in CST Microwave Studio e le dipendenze della risposta in frequenza per i parametri S sono mostrati in fig. 2, 3, rispettivamente.

Parametro S

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

0 50 100 150 200 250 300 350 "0

Riso. 3. Parametri ACHB-HPF

Come si può vedere dalla figura. 3 nella regione di reiezione dell'HPF da 0 a 70 MHz, è stata osservata una risposta in frequenza non uniforme. In questo caso, il livello di soppressione variava in un ampio intervallo da -70 dB a -110 dB. Inoltre, il livello minimo di soppressione è risultato inferiore di 20 dB rispetto all'analogo parametro ottenuto in fase di simulazione del circuito. Questo fatto può essere spiegato dall'influenza reciproca delle cascate HPF l'una sull'altra a causa della comparsa di onde superficiali nel substrato dielettrico, che non possono essere prese in considerazione nella simulazione del circuito.

Sulla fig. 4-7 mostrano le distribuzioni del vettore di Poynting e l'intensità del campo elettrico nella sezione longitudinale dell'HPF senza schermatura tra gli stadi nella banda di soppressione ad una frequenza di 80 MHz e nella banda passante ad una frequenza di 400 MHz, rispettivamente.

Riso. Fig. 4. Distribuzione del vettore Poynting nella sezione longitudinale dell'HPF nella banda di soppressione ad una frequenza di 80 MHz

Riso. Fig. 5. Distribuzione dell'intensità del campo elettromagnetico nella sezione longitudinale dell'HPF nella banda di soppressione ad una frequenza di 80 MHz

Riso. Fig. 6. Distribuzione del vettore Poynting nella sezione longitudinale dell'HPF nella banda passante ad una frequenza di 400 MHz

Riso. Fig. 7. Distribuzione dell'intensità del campo elettromagnetico nella sezione longitudinale dell'HPF nella banda passante ad una frequenza di 400 MHz

Come si evince dalle suddette distribuzioni, le ampiezze del campo elettromagnetico e del vettore di Poynting vengono quasi completamente attenuate dall'HPF ad una distanza inferiore alla metà della lunghezza longitudinale del filtro ad una frequenza di 80 MHz e raggiungono l'uscita del filtro ad una frequenza di 400 MHz quasi senza perdite. Nella banda di reiezione, quando ci si sposta perpendicolarmente verso l'alto dal substrato, le ampiezze del campo e del vettore di Poynting diminuiscono notevolmente. Nella banda passante, a distanza dalla linea della microstriscia e dal substrato dielettrico in qualsiasi direzione, l'attenuazione delle ampiezze di campo e del vettore di Poynting avviene molto più lenta e debole, il campo è localizzato in prossimità del dielettrico.

Per ridurre l'accoppiamento elettromagnetico tra le cascate, sono stati utilizzati schermi in acciaio sotto forma di piastre per separare l'una dall'altra tutte le cascate di filtri. Il modello di tale filtro e le dipendenze della risposta in frequenza per i suoi parametri S sono mostrati in fig. 8, 9, rispettivamente.

Riso. 8. Filtro passa alto con schermatura tra gli stadi

Sulla fig. 9, 10 mostrano le distribuzioni del vettore di Poynting nella sezione longitudinale del filtro passa alto con schermatura tra le cascate nella banda di soppressione e nella banda passante del filtro. Analogamente ai risultati per un filtro senza schermi (vedi Fig. 6, 7), le ampiezze del vettore di Poynting sono quasi completamente attenuate da un filtro passa-alto schermato a una distanza inferiore alla metà della lunghezza longitudinale del filtro a una frequenza di 80 MHz e raggiungere l'uscita di tale filtro ad una frequenza di 400 MHz quasi senza perdite. Tuttavia, in questo caso, secondo la Fig. 10 e 11, l'energia del campo elettromagnetico è concentrata attorno alla linea della microstriscia, agli schermi interstadio e sul substrato dielettrico stesso ed occupa un volume molto minore nell'intero filtro.

Riso. Fig. 10. Distribuzione del vettore Poynting nella sezione longitudinale dell'HPF con schermatura di tutti gli stadi nella banda di soppressione ad una frequenza di 80 MHz

Riso. 11. Distribuzione del vettore Poynting nella sezione longitudinale dell'HPF con schermatura di tutti gli stadi in banda passante ad una frequenza di 400 MHz

Parametro S

a ■->.____

Riso. 9. Caratteristiche di frequenza dei parametri S dell'HPF con screening di tutti

cascate

Conclusione. Un confronto delle dipendenze della risposta in frequenza per filtri passa-alto con e senza schermi ha mostrato che l'uso di piastre schermanti migliora significativamente la soppressione del segnale nella banda di tacca del filtro. In questo caso, il livello più basso di attenuazione del segnale era di almeno -90 dB. L'uso degli schermi influisce in modo significativo sulla superficie e sulle onde spaziali, riducendo notevolmente il loro livello all'interno del volume del filtro. Infatti, gli schermi interstadio formano una struttura ritardante a pettine che, insieme al substrato dielettrico, contribuisce alla comparsa delle onde superficiali. Una caratteristica di un'onda di superficie è il decadimento esponenziale dell'ampiezza del campo e del vettore di Poynting nella direzione trasversale dalla superficie longitudinale della struttura in rallentamento stessa, lungo la quale avviene il trasferimento di energia del campo, il che è pienamente confermato dai risultati della simulazione di cui sopra .

Pertanto, il compito di progettare un filtro include lo sviluppo del suo schema elettrico con la considerazione obbligatoria della presenza di fonti di interferenza esterne e della possibile influenza reciproca dell'alloggiamento del filtro e delle cascate, la cui azione influisce in modo significativo sulle caratteristiche tecniche del filtro. Quando si progettano filtri con un alto livello di soppressione, la simulazione del circuito non può descrivere adeguatamente i processi in corso di formazione del campo elettromagnetico, quindi è necessario eseguire un'analisi elettromagnetica tridimensionale dell'intero dispositivo utilizzando ambienti di simulazione elettronica specializzati. Il pacchetto CAD microonde CST Microwave Studio fornisce un'analisi dei parametri del campo elettromagnetico nel volume del filtro progettato ed effettua un calcolo abbastanza rigoroso delle sue caratteristiche tecniche.

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Derachits Dmitry Sergeevich - Università Federale Meridionale; e-mail: [email protetta]; 347928, Taganrog, per. Nekrasovsky, 44; tel.: 88634371634; Dipartimento di Antenne e Dispositivi di Trasmissione Radio; studente laureato.

Kisel Natalya Nikolaevna - Dipartimento di antenne e dispositivi di trasmissione radio; Professoressa; dottorato di ricerca; docente.

Grishchenko Sergey Grigorievich - Direttore dell'Istituto di sistemi e controllo di ingegneria radiofonica; dottorato di ricerca; docente.

Derachits Dmitriy Sergeevich - Università Federale Meridionale; e-mail: [email protetta]; 44, Nekrasovskij, Taganrog, 347928, Russia; telefono: +78634371634; il dipartimento di antenne e radiotrasmittenti, dottorando.

Kisel Natalia Nikolayevna - il dipartimento delle antenne e dei trasmettitori radio; professoressa; can. dell'ing. sc.; Professore Associato.

Grishchenko Sergey Grigorievich - direttore dell'Istituto di sistema e controllo di ingegneria radiofonica; can. dell'ing. sc.; Professore Associato.

Dettagli Pubblicato il 18/11/2019

Cari lettori! Dal 18/11/2019 al 17/12/2019, la nostra università ha ottenuto l'accesso gratuito di prova a una nuova collezione unica in Lan ELS: Military Affairs.
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Testare l'accesso agli IPRbooks del Sistema Bibliotecario Elettronico

Dettagli Pubblicato il 11/11/2019

Cari lettori! Dal 08/11/2019 al 31/12/2019, la nostra università ha avuto accesso gratuito ai test al più grande database russo full-text: il sistema di biblioteche elettroniche IPR BOOKS. ELS IPR BOOKS contiene più di 130.000 pubblicazioni, di cui oltre 50.000 sono pubblicazioni educative e scientifiche uniche. Sulla piattaforma, hai accesso a libri aggiornati che non possono essere trovati di pubblico dominio su Internet.

L'accesso è possibile da tutti i computer della rete di Ateneo.

"Mappe e diagrammi nella Biblioteca presidenziale"

Dettagli Pubblicato il 06.11.2019

Cari lettori! Il 13 novembre alle ore 10:00 la biblioteca LETI, nell'ambito di un accordo di collaborazione con la Biblioteca presidenziale intitolata a B.N. Eltsin, invita dipendenti e studenti dell'Ateneo a partecipare al convegno webinar "Mappe e diagrammi nella Biblioteca presidenziale Finanziare". L'evento sarà trasmesso nella sala lettura del Dipartimento di Letterature Socio-Economiche della Biblioteca LETI (edificio 5, aula 5512).

Molti ingegneri nel campo della simulazione elettromagnetica devono spesso affrontare domande sull'ulteriore elaborazione e utilizzo dei risultati della modellazione di un problema in altri ambienti o, al contrario, sul trasferimento di parametri da un ambiente all'altro. Sembrerebbe che non ci siano problemi ad esportare i risultati in una forma comprensibile ad un altro programma e usarli, oppure inserire i dati manualmente. Tuttavia, spesso sorgono compiti che richiedono l'esecuzione di una determinata sequenza di azioni N volte e l'esecuzione di queste azioni tende a zero. Se sei interessato all'argomento indicato nel titolo, allora chiedo alla cat.

Le moderne tendenze nell'elaborazione dei dati hanno portato gli ingegneri radiofonici all'uso diffuso del potente strumento Mathworks Matlab per raggiungere i loro obiettivi. Questo pacchetto consente di risolvere i problemi di elaborazione del segnale digitale, modellazione di FPGA e sistemi di comunicazione in generale, progettazione di modelli radar e molto altro. Tutto ciò rende Matlab un assistente indispensabile per quasi tutti i tecnici radiofonici.

Gli specialisti nella modellazione elettrodinamica ad alta precisione spesso operano con altri pacchetti software specifici, uno dei quali è CST Microwave Studio. Ci sono molti articoli su questo prodotto sul sito web della società Eurointech. Pertanto, non c'è bisogno di contestare i suoi aspetti principali.

Strategia

Nel caso generale, è stato necessario simulare il progetto in Microwave Studio nella gamma di frequenza specificata da alcune funzioni eseguite in Matlab, e quindi utilizzare i risultati della modellazione dei guadagni S ij in altri calcoli.

Il metodo di input e output manuale dei dati è caduto immediatamente, poiché la sequenza di azioni descritta doveva essere eseguita da 1 a diverse migliaia di volte.

Si è deciso di provare a gestire i parametri di simulazione di Microwave Studio direttamente dalle funzioni di Matlab. Un'analisi della guida CST e Matlab disponibile, nonché delle risorse Internet, ha mostrato che entrambi i programmi supportano l'uso del framework ActiveX.
ActiveX è un framework per la definizione di componenti software utilizzabili da programmi scritti in diversi linguaggi di programmazione. Il Software può essere assemblato da uno o più di questi componenti al fine di utilizzarne le funzionalità.

Questa tecnologia è stata introdotta per la prima volta nel 1996 da Microsoft come sviluppo delle tecnologie Component Object Model (COM) e Object Linking and Embedding (OLE) e ora è ampiamente utilizzata nei sistemi operativi della famiglia Microsoft Windows, sebbene la tecnologia stessa sia non legato al sistema operativo.

Dalla descrizione di CST Studio deriva che uno qualsiasi dei suoi componenti può fungere da server OLE gestito. OLE è una tecnologia per collegare e incorporare oggetti in altri documenti e oggetti sviluppata da Microsoft. Ecco dunque la soluzione della tecnologia Microsoft Windows, Matlab, CST Microwave Studio + OLE.

Ora dobbiamo capire come implementare tutto questo in Matlab.

Funzioni di base per gestire CST da Matlab

Ci sono diverse funzioni di base necessarie per lavorare con l'interfaccia ActiveX:

Actxserver: crea un server locale o remoto;

Invoke: richiama un metodo su un oggetto ActiveX.

In altre parole, l'essenza della squadra server actx si riduce all'inizializzazione (apertura) del programma, fungendo da invocare– per fare riferimento ad alcune sezioni del programma controllato.

Esempio:

Cst = actxserver("CSTStudio.Application") - il comando associa alla variabile "cst" un oggetto gestito da OLE " CSTStudio.Applicazione". In questo caso, il titolo CSTStudio.Applicazione” è un nome univoco nell'ambiente ActiveX che ci permette di capire a quale programma vogliamo fare riferimento.

Mws = invoke(cst , "NewMWS") - permette di navigare tra i menu principali del programma, in questo caso invia un comando alla variabile " cst” associato all'applicazione CST Studio per creare un nuovo file di progetto vuoto;

Invoke(mws, "OpenFile", "<Путь к файлу>") - invia un comando per aprire un file specifico che si trova all'indirizzo <Путь к файлу> nel tab vuoto appena creato, a cui è associata la variabile "mws";

Risolutore = invoke(mws, 'Risolutore') - questo comando assegna a una variabile risolutore accedendo alla scheda del risolutore nella scheda del progetto associato alla variabile " mws»Studio a microonde;

Invoke(solver, "start") – questo comando, riferito a CST Studio per un progetto aperto, entrerà nella scheda del risolutore e avvierà il calcolo del modello.

Se guardi la scheda Area di lavoro in Matlab e vedere i valori ​​​​(Valore) delle variabili: cst, mws, risolutore, puoi vedere quanto segue:

  • Variabile cst ha il significato <1x1 COM.cststudio_application> . Ciò significa che la variabile cst è collegata alla finestra principale di Microonde Studio e puoi creare file in essa, chiuderla e così via. Se il file viene creato utilizzando la funzione invocare(cst, "NewMWS"), quindi la chiusura viene eseguita dal comando

    Invoke(cst, "chiudi")

  • Variabile mws ha il significato <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS> . Ciò significa che la variabile mws è associata a una scheda specifica del progetto nella finestra principale del CST. Nella scheda progetto, puoi aprire progetti finiti, salvarli e chiuderli e anche passare alle schede per lavorare su un progetto.

    Esempi di comandi:

    Invoke(mws, "quit") - chiude il progetto corrente;

    Invoke(mws,'SelectTreeItem','1D Results\S-Parameters\S1,1') - seleziona un file nell'albero delle cartelle dell'area di lavoro, in modo da poter fare riferimento a qualsiasi file dall'"albero". Questa funzione fa distinzione tra maiuscole e minuscole quando si specifica un percorso a un file.

    Brick = invoke(mws, "brick") - salta alla scheda di creazione del cubo;

    Units = invoke(mws, "units") – salta alla finestra per modificare le dimensioni del progetto.

  • Variabile risolutore e variabili mattone e unità, creato nel paragrafo precedente, hanno il valore <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.solver> , <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.brick> e <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.units> rispettivamente, il che significa che tutte queste variabili sono associate alla finestra del terminale impostando determinate proprietà degli oggetti. Ad esempio, quando si accede a una variabile mattone set di comandi:

    Invoke(brick,"Ripristina"); invoca(mattone,"nome","matlab"); invoca(mattone,"strato","PEC"); invoca(mattone,"xrange","-10","10"); invoca(mattone,"yrange","-10","10"); invoca(mattone,"zrange","-10","10"); invoca(mattone,"crea");
    Creeremo un cubo con dimensioni 20x20x20 delle unità di progetto attuali dal materiale " PEC"Con nome" matlab».

Gerarchia degli oggetti gestiti

Sulla base di quanto sopra, possiamo distinguere una certa gerarchia di elementi gestiti che dovranno essere osservati per poter accedere a CST Studio da Matlab.

Figura 1 - Gerarchia degli elementi gestiti da CST Studio

Come si vede dalla Figura 1, per modificare un qualsiasi parametro del progetto è necessario: in primo luogo inizializzare la finestra principale di CST Studio, in secondo luogo, accedere ad un apposito tab del progetto, in terzo luogo, accedere alla finestra per modificare le proprietà di uno specifico oggetto interfaccia (computer, geometria, unità di misura, ecc.).

Algoritmo di ricerca dei comandi per il controllo

Se tutto è semplice con l'inizializzazione della finestra principale e della scheda del progetto, allora l'insieme di finestre per l'immissione e la modifica dei parametri è molto ampio e sembra impossibile fornire tutti i modi per accedervi in ​​un articolo. Sono completamente disponibili nei materiali di riferimento forniti con CST Studio Suite. Ma il seguente algoritmo per trovare il formato di tutti i comandi accedendo a qualsiasi punto in CST Studio sembra essere più semplice.

Considera l'esempio precedente di creazione di un cubo 20x20x20. Creiamo lo stesso cubo, ma utilizzando l'interfaccia grafica in CST Studio e troviamo nella scheda Modellazione pulsante Elenco della storia.


Figura 2 - Finestra delle chiamate dell'elenco cronologia

Apriamo l'oggetto Definisci mattone e passiamo al suo contenuto e codice in Matlab, che ci permette di ripetere questa sequenza di azioni.


Figura 3 - Definire la finestra del mattone e il codice Matlab

La figura 3 mostra che il codice in Matlab è praticamente una copia dell'elemento da Elenco della storia. Quindi, puoi capire a quale oggetto finale si deve accedere dopo aver selezionato la scheda del progetto (dopo la seconda riga di codice Matlab) formando un collegamento tra l'oggetto dell'interfaccia CST, in questo caso Mattone e invia in sequenza comandi a questo oggetto direttamente da Elenco della storia.

Tuttavia, non tutti i comandi Elenco della storia avere questa sintassi. Ad esempio, l'impostazione della gamma di frequenza per il calcolo viene eseguita utilizzando la riga seguente:


Figura 4 - Impostazione della gamma di frequenza nell'elenco cronologia

Anche qui, in modo ovvio, c'è il nome dell'oggetto a cui devono essere inviati i comandi - Risolutore. Quindi il comando per modificare la gamma di frequenza da Matlab sarà simile a questo:

Risolutore = invoca(mws,"Risolutore"); invoca(risolutore,"FrequencyRange","150","225");
Formuliamo un algoritmo per la ricerca di nomi di oggetti e formati di comando per il controllo di CST Studio da Matlab:

  1. È necessario eseguire tutte le azioni che si desidera automatizzare in Matlab dalla GUI di CST Studio;
  2. Apri dentro Modellazione\Elenco storia il testo dell'operazione richiesta (" definire mattone», « definire la gamma di frequenza" eccetera.);
  3. Utilizzare i comandi seguenti per contattare CST Studio da Matlab e aprire il file richiesto:

    Cst = actxserver("CSTStudio.Application") mws = invoke(cst , "NewMWS") invoke(mws, "OpenFile", "<Путь к файлу>")

  4. Inizializzare la connessione con l'oggetto CST Studio, i cui parametri devono essere modificati, dal titolo dalla History List utilizzando il comando:

    <переменная>= invoca(mws, "<Имя объекта>")

  5. Riga per riga immettere i comandi descritti nell'Elenco cronologia per l'oggetto:

    Invocare(<переменная>, "<команда>", "<значение1>", "<значение2>")

Questo algoritmo di azioni per tentativi ed errori porta alla soluzione del problema del controllo di CST Studio utilizzando il codice Matlab.

Output dei risultati dell'analisi

Dopo quanto scritto sopra, puoi già inviare il lettore a capire ulteriormente da solo, ma proprio all'inizio dell'articolo il compito è stato impostato come inserire i parametri della gamma di frequenza da Matlab in CST e importare i risultati della simulazione nel modulo dei parametri di trasferimento S a Matlab. Inoltre, le operazioni di esportazione dei risultati in Elenco della storia non vengono visualizzati.

Utilizzando l'interfaccia grafica, questo viene fatto come segue:

  1. Dopo il calcolo, selezionare il file nell'"albero" delle cartelle per visualizzarlo;
  2. 2 Esportarlo in un file ASCII tramite la scheda Post elaborazione\Importazione/Esportazione\Dati di stampa (ASCII).
Ora, con l'aiuto dei comandi Matlab, devi fare lo stesso.

Il comando è già stato menzionato sopra.

Invoke(mws,"SelectTreeItem","1D Results/S-Parameters/S1,1")
consentendo di selezionare il file richiesto nell'"albero" del campo di lavoro. Per visualizzare i risultati in ASCII, utilizziamo la funzione CST integrata " Esportazione ASCIIE».
Dalla guida CST, per eseguire questa funzione, inviare i seguenti comandi a CST:
export = invoke(mws,"ASCIIExport") - inizializzazione della funzione di esportazione con la variabile di esportazione;

Invoke(export,"reset") - ripristina tutti i parametri interni ai valori predefiniti;

Invoke(export,"FileName","C:/Result.txt") - impostazione del percorso di salvataggio e del nome del file;

Invoke(export,"Mode","FixedNumber") - scelta del metodo di salvataggio dei punti. FixedNumber: visualizza un numero rigorosamente specificato di punti, FixedWidth: visualizza i punti in un passaggio specificato;

Invoke(export,"step","1001") – numero di punti per l'output/ampiezza del passo;

Invoke(export,"execute") – comando di output.

Questo insieme di comandi ti consentirà di emettere i valori del coefficiente di riflessione S 11 nella quantità di 1001 punti su un file situato sul disco C Con nome Risultati.txt
Pertanto, il compito iniziale è stato completamente risolto.

Libri usati

Potemkin, Valery Georgievich Introduzione a MATLAB / V.G. Potemkin. - Mosca: Dialogue-MEPhI, 2000. - 247 p.: tab. - ISBN 5-86404-140-8
Materiali di riferimento forniti con CST Studio Suite