Criando um projeto no CST Microwave Studio. Gerenciando CST MWS com simulação de estúdio Matlab Cst

Sistemas de antenas de banda ultralarga

Trabalho do curso

sobre o tema: Modelagem de antenas em CAD CST Microwave Studio

Trabalho realizado: Trabalho verificado por:

Aluno gr. professor 4V-601С

Zavrazhin A. N. Shmachilin P.A.

1. Tarefa………………………………………………………………………..3

2. Criando um projeto no CST Microwave Studio………………………………4

3. Modelagem da Antena……………………………………………………..7

4. Pesquisa de antena…………………………………………………….18

5. Conclusão…………………………………………………………………22

6. Referências……………………………………………………..…24


Exercício

Simule a antena no ambiente do software CST Microwave Studio e investigue seus parâmetros: ROE, ganho, padrão direcional, etc.


Criando um projeto no CST Microwave Studio.

Neste artigo, consideraremos a modelagem de uma antena com uma Antena Ressonadora Dielétrica na frequência de 5,78 GHz. Vamos modelar a antena de acordo com a seguinte fonte da Internet:

Uma antena ressonadora dielétrica (DRA) é um ressonador dielétrico colocado em um substrato dielétrico de uma linha de microfita acionada por um condutor de linha. Essas antenas são usadas em frequências acima de 2 GHz.

A modelagem será realizada no ambiente do software CST Microwave studio 2015, cuja janela principal é mostrada na Figura 1.

Figura 1. Janela principal do CST Microwave studio 2015

A janela pode ser dividida em quatro zonas - a superior, que exibe abas de menu que permitem simular a antena, estudar seus parâmetros e pós-processar os resultados

À esquerda está a janela de navegação, que contém informações sobre a antena, seus componentes, materiais dos quais a antena projetada é feita. Também aqui estão os resultados das alterações em todos os parâmetros da antena, informações sobre seu padrão de radiação, resultados de pós-processamento, etc.

No centro está a janela principal de modelagem na qual a antena é criada.

Na parte inferior há uma área de parâmetros que podem ser definidos para facilitar a modelagem, como comprimento e largura dos radiadores, espessura do material, etc.

A modelagem começa com a escolha do tipo de antena, área de modelagem, unidades de medida. O processo de seleção para todos os parâmetros necessários é mostrado nas Figuras 2-4. Todas as opções são selecionadas na primeira vez que o CST Microwave Studio é iniciado durante a criação do projeto. Como estamos modelando uma antena DRA, ao escolher o tipo de antena que está sendo projetada, deve-se especificar o tipo Planar.

Além disso, antes de iniciar a simulação, indicamos as frequências em que simularemos as características da antena (Figura 4).

Para simplificar, realizaremos a modelagem no domínio do tempo no mesmo sistema de unidades da fonte .

Figura 2. Janelas iniciais do programa

Figura 3. Janelas iniciais do programa

Figura 4 - As janelas iniciais do programa.

Após selecionar o tipo de antena e as unidades de medida, será carregada a janela principal do ambiente do software CST Microwave Studio, onde simularemos e analisaremos a antena.

Modelagem de Antena

O processo de modelagem consiste na criação sequencial de blocos de antenas, radiadores dipolo e na criação de uma porta para a qual traremos a fonte de sinal.

O primeiro passo é definir os parâmetros necessários da antena, o que facilitará o processo de modelagem posterior. Definimos os seguintes parâmetros:

– largura, altura e comprimento do DRA

- largura do slot

- espessura do metal

– raios internos e externos do conector

- altura do substrato

Figura 5. Lista de parâmetros a serem definidos

O segundo passo é criar o underlay. Para isso, no painel de modelagem (Modeling) você deve selecionar o item Brick (bloco), então para inserir manualmente seus parâmetros, pressione a tecla Esc, e na janela que se abre, insira os parâmetros necessários e altere o tipo de material do vácuo (Vacuum) para New Material (New Material) e crie um novo material com os parâmetros mostrados na Figura 6. O processo de criação do bloco também é mostrado na Figura 6.

Figura 6. Processo de criação de bloco no CST Microwave Studio.

Etapa três - crie uma camada GND, para a qual selecionamos nosso substrato com o comando Escolher no painel do menu Modelagem (mostrado na Figura 7)

Figura 7. Um exemplo de seleção de um objeto com o comando Pick

Em seguida, usamos o comando Extrude (Figura 8) para adicionar outro objeto com os parâmetros necessários a um objeto já existente, e na janela que se abre (Figura 9) definimos a espessura necessária do novo objeto. Também é necessário trocar o material daquele que criamos para cobre (Cooper Pure).

Figura 8. Comando de Extrusão

Figura 9. Selecionando opções para um novo objeto.

O resultado final é mostrado na Figura 10.

Figura 10. Aparência da camada GND

Depois de criarmos o objeto de camada GND, precisamos criar uma linha de microfita que acionará nosso ressonador dielétrico. Para criar uma linha no lugar certo, precisamos definir um sistema de referência de coordenadas local. Para fazer isso, selecione o centro da borda esquerda de nossa camada de solo com o comando Pick Point → Pick Edge Center na barra de ferramentas Modelling e, em seguida, pressione o botão Align WCS na mesma barra de ferramentas. A Figura 11 mostra a saída deste comando.

Figura 11. Criando um sistema de referência local.

Em seguida, precisamos colocar nosso quadro de referência local criado no lugar certo, para o qual precisamos executar o comando Transform WCS na barra de ferramentas Modeling. Na janela que se abre, você deve inserir passo a passo os parâmetros mostrados na Figura 12. Primeiro, mova-se ao longo de um e depois ao longo do outro eixo de coordenadas.

Figura 12. Transformação do eixo de coordenadas local

Depois disso, passamos diretamente para a criação de uma linha de microfitas que excitará nosso ressonador. O processo de criação é semelhante à criação da camada GND, apenas os parâmetros diferem. Novamente é necessário mudar o material para cobre.

Figura 13. Criando uma linha de microfita

Após a criação da linha, criaremos um slot na camada GND, que permitirá a transferência de energia para o ressonador. Para fazer isso, alteraremos a localização do sistema de coordenadas local novamente. É necessário alterar sequencialmente a posição do sistema de coordenadas de acordo com a Figura 14.

Figura 14. Alterando o sistema de coordenadas.

Em seguida, você precisa criar um slot com os seguintes parâmetros, mostrados na Figura 15. Criaremos um objeto com o comando Brick, como antes. Depois de criar o objeto, você precisa transformá-lo em um slot cortando-o da camada GND.

Figura 15. Parâmetros do bloco de slots

O processo de corte é realizado imediatamente após a criação pelo comando Shape Intersection. A caixa de diálogo será aberta automaticamente após a criação do bloco. Nela, você precisa selecionar o item Cut Away From Highlighted shape, após o qual nosso objeto criado será recortado (Figura 16).

Figura 16. Resultado do comando cortar bloco

Depois disso, começamos a criação de um ressonador dielétrico. Primeiro precisamos mudar a posição do eixo de coordenadas local. Para fazer isso, selecione o centro da borda direita da camada GND usando o comando Pick Point → Pick Edge Center (Figura 17), selecione o comando Align WCS no painel Modeling e, em seguida, usando o comando Transform WCS, altere o posição do sistema de coordenadas como mostrado na Figura 18.

Figura 17. Movendo a origem do eixo de coordenadas

Figura 18. Resultado final da transformação do eixo de coordenadas.

Agora procedemos à criação direta de um ressonador dielétrico. Para fazer isso, precisamos criar um objeto Brick com os seguintes parâmetros mostrados na Figura 19. Criamos um ressonador no centro do slot.

Figura 19. Parâmetros do ressonador

Após a criação do ressonador, a criação da antena pode ser considerada completa. A visão geral é mostrada na Figura 20. Agora precisamos criar um local onde aplicaremos o sinal, ou seja, localização do porto.

Para isso, vamos criar um conector na antena, que será a porta.

Figura 20. Vista externa da antena

Vamos começar criando uma porta movendo a origem do eixo de coordenadas para colocar o conector no lugar certo. Selecione o centro da borda esquerda do campo GND usando o comando Pick Point → Pick Edge Center. Depois disso, executaremos o comando Alinhar WCS. A origem do sistema de coordenadas se moverá para este ponto.

Figura 21. Deslocamento da origem do eixo de coordenadas.

Criamos o núcleo central do conector conforme mostrado na Figura 22. Para isso, selecione o comando Cylinder no painel Modeling, pressione a tecla Esc e insira os parâmetros mostrados na figura na janela que se abre.

Figura 22. Condutor central do conector

O próximo passo é criar um dielétrico em torno dele. Criamos um dielétrico com raio ro, deslocamos o sistema de coordenadas para o centro do cilindro do núcleo central criado por nós. O deslocamento é executado pelo comando Alinhar WCS. Preliminarmente, com o comando Pick Face, selecione a parte superior do cilindro do núcleo. O processo de criação é mostrado na Figura 23. É necessário trocar o material de Cooper (cobre) para Teflon.

Figura 23. O processo de criação de um dielétrico

Em seguida, crie um novo cilindro ao redor do dielétrico, que servirá como a parte externa do conector, conectando-se à camada GND. O processo de criação é semelhante ao anterior, exceto pelos parâmetros do cilindro. Eles são mostrados na Figura 24.

Figura 24. Parâmetros do cilindro

Também é necessário cortar o fio central do conector da camada GND. Isso é feito com o comando Boolean → Inserir encontrado no painel Modelagem. Para cortar um núcleo da camada GND, é necessário selecioná-lo na árvore de navegação, executar o comando Boolean → Inserir e, tendo selecionado a camada GND na árvore de navegação, pressionar a tecla Enter. Depois disso, o núcleo será cortado dessa camada (Figura 25).

Figura 25. Resultado da execução do comando Inserir.

Isso conclui o processo de criação de uma antena, você pode prosseguir para o cálculo de suas características.

Estudo de antena

Depois de criar a antena, precisamos trazer um sinal para ela. No CST Microwave Studio, o processo de conectar um sinal a uma antena é criar uma chamada porta (Porta). Em nossa antena, vamos criar uma porta no conector criado.

Para criar uma porta, você precisa ir para a guia do menu Simulation, encontrar o item Pick Point e selecionar o item Pick Face Center na lista suspensa (Figura 26) e clicar em nosso conector. Depois disso, você precisa selecionar o item Waveguard Port no painel Simulation e definir os parâmetros da porta, como na Figura 26.

Figura 26. O processo de criação de um waveport.

Após a criação da porta, precisamos escolher as características que iremos modelar. Para isso, na aba Simulação, selecione o item Monitor de Campo e na janela que se abre, selecione a opção de plotagem do padrão de radiação (Farfield/RCS) e insira o valor de frequência sobre o qual construiremos o padrão. No nosso caso, isso é 5,78 GHz. O processo de criação de um Monitor de Campo é mostrado na Figura 27.

Figura 27. Criando um Monitor de Campo.

Após a instalação de todos os monitores necessários, é necessário iniciar a antena para cálculo dos parâmetros, para isso, na aba do menu Simulation, selecione o item Setup Solver e, na janela que aparecer, especifique os parâmetros conforme Figura 28.

Figura 28. Janela de configuração do Solver

Limitaremos a precisão do cálculo a -25 dB para acelerar o cálculo. Também definiremos o parâmetro Normalize to fixed Impedance, ou seja, o cálculo será realizado para um valor fixo de resistência de 50 ohms. Ao pressionar o botão Iniciar, iniciamos o programa para calcular os parâmetros.

Os resultados da simulação de parâmetros são mostrados nas Figuras 29 - 32. A Figura 29 é o valor VSWR versus frequência, a Figura 30 é o padrão polar e a Figura 31 é uma exibição 3D do padrão da antena. A Figura 32 mostra um gráfico do valor do parâmetro S11

Figura 29. Antena VSWR

Figura 30. Padrão de antena em coordenadas polares

Figura 31. Vista 3D do padrão de radiação.

Figura 32. Valor do parâmetro S11

Conclusão

De acordo com as características obtidas como resultado da simulação, pode-se dizer sobre as más propriedades direcionais da antena. Além disso, a antena possui um nível muito alto de lóbulos laterais, o que também cria problemas ao receber e emitir um sinal. O VSWR na faixa de frequência de operação tem uma resposta ruim, o que pode indicar falhas no projeto da antena.

Os dados obtidos são muito diferentes dos resultados obtidos na fonte a partir da qual a antena foi simulada. As Figuras 33 e 34 mostram alguns dos parâmetros da antena. A antena foi projetada estritamente de acordo com a fonte, repetindo-a passo a passo. Uma diferença tão forte nos parâmetros pode ser devido à modelagem da antena na fonte em uma versão muito anterior do CST Microwave Studio e, como resultado, na diferença nos algoritmos de cálculo.

Refinamento adicional dos parâmetros mecânicos da antena é necessário para atingir o padrão de radiação dado na fonte.

Figura 32. Padrão de antena no sistema de coordenadas polares

Figura 34. Valor do parâmetro S11.

Bibliografia

1. Antenas e dispositivos de microondas. Projeto de arranjos de antenas em fases. Voskresensky D.I., Granovskaya R.A., Moscou, Rádio e Comunicações
1981

2. Notas de aula

AV Fateev

para uso interuniversitário como auxiliar de ensino para estudantes que estudam nas áreas de formação especializada

"Sistemas e complexos radioeletrônicos" - 210601.65 e mestrado "Engenharia de rádio" - 210400.68

Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SISTEMAS DE CONTROLE E RÁDIO ELETRÔNICA DE TOMSK (TUSUR)

Departamento de Engenharia de Microondas e Rádio Quântica

Fateev A.V.

Usando o software CST Microwave Studio

para cálculo de antenas e aparelhos de micro-ondas

Tutorial

Para alunos que estudam nas áreas de formação de especialistas 210601.65 - Sistemas e complexos radioeletrônicos e mestres 210400.68 - Engenharia de rádio

UDC 621.3.049.77.029:681.3.06

Revisores:

cândido. Phys.-Math. Sci., Pesquisador, Laboratório de Eletrônica de Alta Frequência, ISE SB RAS

Bolzovsky E. V.

cândido. tecnologia. Ciências, Professor Associado, Chefe. Departamento de Engenharia de Rádio FGAOU VPO "Universidade Federal da Sibéria"

Salomatov Yu.P.

Fateev A.V.

Aplicação do software CST Microwave Studio para cálculo de antenas e aparelhos de micro-ondas: Tutorial. – Tomsk: Tomsk. Estado sistemas de controle un-t. e radioeletrônica, 2014. - 120 p.

Os fundamentos do trabalho com o sistema de projeto eletrodinâmico CST Microwave Studio são descritos. Exemplos de modelagem de antenas e dispositivos de micro-ondas são dados. Os recursos de processamento dos resultados do projeto são considerados.

O livro didático é destinado a estudantes de universidades técnicas,

Engenharia de rádio, e inclui materiais didáticos sobre a disciplina "Aparelhos e Antenas de Microondas".

© Tomsk. Estado Universidade de Sistemas de Controle e Radioeletrônica, 2014

© Fateev A.V., 2014

Introdução ......................................... . ......................................... .. .....

Introdução ao CST Microwave Studio ............................................. .......................

1.1. Sobre o programa................................................ .................................................

1.2. Etapas e configurações básicas para criar um modelo CAD ..........

1.3. Criando objetos ....................................................... ...................................................

1.4. Propriedades do objeto ......................................... .........................................................

1.5. Propriedades do material ......................................... .................. .................................

1.6. Transformação de objetos ......................................... .................. .................

1.7. Vinculações de objetos ......................................... ................................................

1.8. Exemplos de encadernação ........................................................ .............................. ...

1.9. Usando curvas ......................................... .........................................

Configurações para Cálculo Eletromagnético ............................................. ..................

2.1. Atribuição de portas de dispositivos ............................................. ................... ..............

2.2. Dividindo a malha ............................................. ..................................................

Um exemplo de modelagem de uma transição coaxial-para-guia de onda ........................

Cálculo da antena E-setorial ........................................ ... ...................

Exemplo de simulação de matriz de antena ............................................. ..................

Modelando um ressonador ............................................. ....................................

Modelagem do divisor de potência ............................................. ....................... .........

Literatura................................................. .................................................. .

Introdução

Atualmente, muitos desenvolvedores de antenas e dispositivos de micro-ondas usam sistemas de projeto eletrodinâmico especializados. A operação de tais produtos de software é baseada na solução numérica das equações de Maxwell na forma integral ou diferencial. O método de solução fundamental é, sem dúvida,

afeta a eficiência e a precisão com que certos componentes e dispositivos de alta frequência podem ser modelados.

O tutorial consiste em sete seções. A primeira seção fornece uma visão geral da interface do usuário do programa. A segunda seção descreve as principais ferramentas para criar um modelo de dispositivo e configurações do programa. As seções a seguir são dedicadas ao cálculo de antenas e dispositivos de micro-ondas, que mostram as possibilidades de pós-processamento dos resultados, que dão uma compreensão clara do funcionamento do dispositivo e da propagação de campos eletromagnéticos nele.

O objetivo do livro didático é fornecer aos alunos os conceitos básicos do campo de modelagem da tecnologia de antenas e dispositivos de micro-ondas, para ajudá-los a dominar as ferramentas básicas de cálculo e os princípios de construção de sistemas de antenas.

Um especialista em rádio moderno deve ser orientado nessas questões,

deve conhecer as capacidades dos modernos sistemas de modelagem eletrodinâmica e, em uma determinada situação, ser capaz de criar corretamente um modelo,

1. Introdução ao CST Microwave Studio

1.1. Sobre o programa

CST Microwave Studio é um dos pacotes de software do CST Studio

CST MICROWAVE STUDIO é um programa para modelagem eletromagnética 3D desde guias de ondas e antenas até elementos ópticos. O programa permite que você resolva o problema por vários métodos e oferece alta precisão de cálculo. A faixa de comprimento de onda na qual o programa funciona com mais eficiência é de comprimento de onda curto a nanômetro;

CST EM STUDIO é uma ferramenta de análise e projeto para estruturas estáticas e de baixa frequência. As aplicações incluem: solenóides, transformadores, aplicações EMC,

geradores, cabeçotes de medição eletromecânicos, motores, sensores e estruturas de blindagem. É possível analisar eletricidade e

campos magnetostáticos, correntes parasitas e de superfície;

CST PARTICLE STUDIO é um pacote para projeto e análise de canhões de elétrons 3D, tubos de raios catódicos, magnetrons.

Inclui vários produtos de software CST STUDIO,

modelar os portadores de carga de condução, e também leva em conta os processos de temperatura;

CST PCB STUDIO - pacote para estudo da propagação de sinais de rádio em placas de circuito impresso, incluindo resolução de problemas de compatibilidade eletromagnética (EMC) e interferência eletromagnética (EMI);

CST CABLE STUDIO é projetado para analisar o roteamento, influências e compatibilidade de linhas interconectadas, incluindo cabos coaxiais, fios simples, pares trançados e conjuntos de cabos complexos;

CST MPHYSICS STUDIO - um pacote especializado para modelagem termodinâmica e mecânica;

CST CABLE STUDIO é um pacote especializado para modelagem de efeitos eletromagnéticos em cabos, que permite otimizar o peso e o tamanho de fios simples, pares trançados e feixes complexos com um número ilimitado de condutores. O programa permite avaliar tensões em diferentes pontos de cabos, correntes através de certos condutores, parâmetros S, impedâncias, bem como a captação mútua de condutores entre si.

CST BOARDCHECK é um pacote especializado que permite importar designs de placas de circuito impresso de vários sistemas de design e

identificar possíveis problemas de compatibilidade eletromagnética neles de acordo com um conjunto de restrições especificadas.

O CST DESIGN STUDIO é uma plataforma completa para gerenciar todo o processo de desenvolvimento de um sistema complexo, desde componentes elétricos até sistemas de rádio. Permitirá a co-simulação do projeto calculado por todos os pacotes do CST Studio.

NO base do programa O CST Microwave Studio é um método de aproximação desenvolvido pela CST para condições de contorno ideais

(PBA), que complementa com sucesso o método bem estabelecido de integrais definidas (FI), trabalhando no domínio do tempo. Em qualquer método relacionado à modelagem de elementos finitos, todas as superfícies são divididas em pequenos elementos. Se o modelo do dispositivo de micro-ondas for especificado apenas por planos retos, o número de elementos de partição analisados ​​é pequeno e o cálculo é realizado de forma relativamente rápida. Quando superfícies curvas são utilizadas em dispositivos de micro-ondas, sua aproximação requer um número muito maior de elementos de partição, o que leva a um significativo custo de tempo na análise. A combinação dos métodos PBA e FI propostos pela CST possibilitou resolver rapidamente os problemas de modelagem de dispositivos complexos de micro-ondas com superfícies curvas.

Dispositivos típicos modelados usando o pacote CST

Estúdio Microondas são:

guias de onda e acopladores direcionais de microfita;

potência;

divisores e somadores de potência;

guia de onda, microfita e filtros dielétricos;

estruturas de microstrip simples e multicamadas;

várias linhas de transmissão;

conectores coaxiais e multi-saídas;

transições de guia de onda coaxial e de tira coaxial;

guias de onda e interruptores ópticos;

vários tipos de antenas: chifre, espiral, planar.

Principais recursos do pacote CST Microwave Studio:

cálculo de parâmetros S em uma ampla faixa de frequência;

linguagem integrada poderosa para escrever macros VBA, suporte para tecnologia de vinculação e incorporação de objetos (OLE);

solução rápida e precisa no domínio do tempo obtida pelo método das integrais definidas;

um aumento significativo na produtividade devido ao uso do método de aproximação para condições de contorno ideais (PBA);

construção da estrutura analisada com base no ACIS;

importação e exportação de estruturas nos formatos SAT, IGET e STL;

vários modos de excitação da estrutura usando portas externas e internas;

cálculo de modais próprios de portos;

cálculo automático das impedâncias das portas;

exibição animada de campos;

exibindo os resultados obtidos à medida que o cálculo é realizado4

otimizador poderoso;

Cálculos do campo da antena na zona distante (representação bi e tridimensional do campo, ganho, cálculo da largura angular dos lóbulos principais e laterais do padrão de radiação).

1.2. Etapas e configurações básicas para criar um modelo CAD

Quando aberto, o programa CST Studio Suite (Fig. 1) permite selecionar duas opções para iniciar o pacote necessário:

Figura 1. Interface do CST Studio Suite

1. Use o assistente de configuração. Para isso, você deve selecionar

Crie Projeto (veja a Fig. 2) e, seguindo as instruções, você pode definir predefinições e escolher o método de cálculo mais adequado.

Figura 2. Janela do assistente de configuração

2. Ou selecione o módulo CST Microwave Studio.

A interface principal do programa consiste em várias janelas:

1. Árvore de Navegação - árvore do projeto;

2. Faixa de opções - controles;

3. Plano de desenho - uma janela para exibir um modelo CAD ou resultados de cálculos;

4. Lista de parâmetros – janela de parâmetros do objeto;

5. Massagens e progresso - janela de mensagem.

A Figura 3 mostra uma imagem da janela principal do CST Microwave Studio.

Figura 3. Interface do CST Microwave Studio

Como você pode ver, a interface do CST Microwave Studio (MWS) não é diferente das interfaces de quaisquer outros programas CAD com os quais você pode criar modelos 3D de objetos.

Os controles são divididos em abas temáticas (Fig. 4) para controle consistente de toda a interface do programa.

Palavras-chave

FILTRO PASSA ALTA/FREQUÊNCIA DE CORTE/ LARGURA DE BANDA/ CST MICROONDAS ESTÚDIO / FREQUÊNCIA DE CORTE DO FILTRO PASSA ALTA/ LARGURA DE BANDA

anotação artigo científico sobre engenharia elétrica, engenharia eletrônica, tecnologia da informação, autor de trabalho científico - Dmitry Sergeevich Deracits, Natalya Nikolaevna Kisel, Sergey Grishchenko

Para proteger os dispositivos de interferências e solucionar o problema de compatibilidade eletromagnética, é necessário utilizar filtros com atenuação de 60 dB ou mais na banda de parada. Dispositivos deste tipo devem não apenas suprimir efetivamente interferências na faixa de frequência necessária, mas também ter uma boa proteção contra a penetração de interferências externas induzidas nos dispositivos. Inscrição filtros de alta frequência no caminho do sinal pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído de todo o dispositivo, suprimindo o ruído de baixa frequência e o desvio de sinais com frequências inferiores ao limite inferior do espectro de frequência do sinal desejado. Foi simulado um filtro com frequência de corte de 90 MHz, em que a atenuação na banda de operação não é superior a 1 dB, e a supressão é externa largura de banda não inferior a 90 dB. O filtro é um circuitos oscilatórios conectados em série conectados em paralelo. Cada um dos circuitos é acoplado capacitivamente ao circuito adjacente e opera como um filtro trap sintonizado em uma das frequências de supressão. A sobreposição das bandas por cada um dos filtros implementa toda a banda de notch do filtro especificada de 0 a 90 MHz. O projeto foi realizado em duas etapas: modelagem do circuito e modelagem eletromagnética 3D completa, levando em consideração a caixa metálica e a possível influência entre as cascatas devido às ondas superficiais que surgem no substrato do filtro dielétrico. O pacote CAD de microondas CST Microwave Studio fornece uma análise dos parâmetros do campo eletromagnético no volume do filtro projetado e realiza um cálculo rigoroso de suas características técnicas.

Tópicos relacionados artigos científicos sobre engenharia elétrica, engenharia eletrônica, tecnologia da informação, autor de trabalhos científicos - Derachits Dmitry Sergeevich, Kisel Natalia Nikolaevna, Grishchenko Sergey Grigorievich

  • Simulação de um deslocador de fase controlado eletricamente com a estrutura de um filtro microstrip bandstop

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

  • Opções para construir filtros de guia de onda plissados

    2018 / Ovechkin V.S., Popov N.O.

  • Desenvolvimento e pesquisa de filtros de tiras na faixa de comprimento de onda curto cm

    2018 / Korogod Vladimir Vladimirovich, Borovsky Roman Eduardovich, Kosov Alexander Sergeevich, Skulachev Dmitry Petrovich

  • Filtro de banda de parada ultra-amplo com mais de 100dB de rejeição de ruído

    2013 / Balva Ya. F., Serzhantov A. M., Khodenkov S. A., Ivanin V. V., Shokirov V. A.

  • Características de Projeto de Filtros Ressonadores Ladder Baseados em Ondas Acústicas de Superfície para Módulos Duplexadores de Sistemas de Comunicação Móvel

  • Desenvolvimento de um algoritmo simplificado para projeto de BPFs de microfita baseado em ressonadores hairpin com furos na camada de blindagem baseado em análise eletrodinâmica no programa Ansoft HFSS

    2012 / Petrova E. V., Furmanova N. I., Farafonov A. Yu.

  • Algoritmos para a síntese de filtros bandstop em linhas lisas não homogêneas para dispositivos de micro-ondas CAD

    2014 / Berdyshev R. V., Kordyukov R. Yu., Berdyshev V. P., Pomazuev O. N., Khripun S. I.

  • Análise de Efeitos Eletromagnéticos em Filtros de Escada de Ressonador de Microondas Baseado em Ondas Acústicas de Superfície

    2018 / Orlov Viktor Semenovich, Rusakov Anatoly Nikolaevich

  • Modelagem e estudo experimental de um filtro de microfita baseado em ressonadores de meia onda

    2016 / Andrianov Artur Valerievich, Zikiy Anatoly Nikolaevich, Zlaman Pavel Nikolaevich

  • Filtro de microfita em ressonadores de meia onda

    2017 / Andrianov A.V., Bykov S.A., Zikiy A.N., Pustovalov A.I.

Para proteger contra interferências e solucionar o problema de compatibilidade eletromagnética é necessário utilizar filtros com atenuação de 60 dB ou mais na banda de parada. Dispositivos deste tipo devem não apenas reduzir efetivamente o ruído na faixa de frequência desejada, mas também ter uma boa proteção contra penetração no dispositivo induzida por ruído externo. O uso de filtro passa-alta no caminho do sinal pode melhorar significativamente a relação sinal/ruído de todo o dispositivo, suprimindo o ruído de baixa frequência e os sinais de desvio com frequências inferiores ao limite inferior do espectro de frequência do sinal desejado. O trabalho foi realizado modelando filtro com frequência de corte de 90 MHz, cuja atenuação na banda de operação é inferior a 1 dB, e a supressão é largura de banda não inferior a 90 dB. Um filtro é um circuito ressonante em série conectado em paralelo. Cada circuito é acoplado capacitivamente a um circuito adjacente e opera como um filtro de parada de banda configurado para suprimir uma das frequências. A sobreposição de bandas de cada filtro implementa todo o filtro de rejeição de banda definido de 0 a 90 MHz. O projeto foi realizado em duas fases: simulação do circuito e simulação eletromagnética 3D completa com o corpo metálico e o possível impacto entre as etapas devido às ondas de superfície geradas em um filtro de substrato dielétrico. Microwave CAD software CST Microwave Studio fornece uma análise dos parâmetros do campo eletromagnético no volume do projeto do filtro e implementa um cálculo rigoroso de suas características técnicas.

O texto do trabalho científico no tópico "Modelagem baseada no filtro passa-alta CAD CST Microwave Studio"

17. Popovich V., Vanurin S., Kokh S., Kuzyonny V. Sistema de Informação Geográfica Intelectual para segurança de navegação // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. - 2011. - Vol. 26.

18. Belyakov S.L., Didenko D.A., Samoilov D.S. Um procedimento adaptativo para gerenciar a representação do espaço de trabalho de um mapa eletrônico.Izvestiya SFU. Ciência técnica.

2011. - Nº 1 (114). - S. 125-130.

19. Belyakov S.L., Rozenberg I.N. Conchas intelectuais de software de sistemas de geoinformação. - M.: Mundo Científico, 2010.

20. Belyakov S.L., Belyakov M.L., Rozenberg I.N. Restrições de integridade na visualização de um banco de dados espacial // Izvestiya SFedU. Ciências técnicas - 2013. - Nº 5. (142). - S. 138-143.

21. Luger G.F. Inteligência Artificial: Estruturas e Estratégias para a Resolução de Problemas Complexos.

Addison Wesley. - 2004.

22. Belyakov S.L., Bozhenyuk A.V., Ginis L.A., Gerasimenko E.M. Métodos de controle de fluxo fuzzy em sistemas de geoinformação. - Taganrog. - 2013.

23. Varshavsky P.R., Eremeev A.P. Modelagem de Raciocínio Baseado em Casos em Sistemas Inteligentes de Apoio à Decisão // Inteligência Artificial e Tomada de Decisão. - 2009. - Nº 1. - S. 45-57.

24. Vagin V.N., Golovina E.Yu., Zagoryanskaya A.A., Fomina M.V. Inferência Autêntica e Plausível em Sistemas Inteligentes / Ed. Vagina V. N. e Pospelova D.A.

Moscou: Fizmatlit. - 2008.

25. Khoroshevsky V.F. Interpretação semântica de padrões de dados com base na abordagem estrutural // Inteligência artificial e tomada de decisão. - 2013. - No. 2. - S. 3-13.

Belyakov Stanislav Leonidovich - Universidade Federal do Sul; o email: [e-mail protegido]; 347928, Taganrog, por. Nekrasovsky, 44; tel.: +78634371695; Departamento de Sistemas de Informação e Segurança Analítica; Doutor em Ciências Técnicas; Professor.

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [e-mail protegido]; Doutor em Ciências Técnicas; Professor.

Rozenberg Igor Naumovich - Instituto de Pesquisa e Design do JSC de Engenheiros de Transporte Ferroviário (NIIAS); o email: [e-mail protegido]; 109029, Moscou, st. Nizhegorodskaya, 27, prédio 1; tel.: 84959677701; deputado diretor geral; d.t.s.

Belyakov Stanislav Leonidovich - Universidade Federal do Sul; o email: [e-mail protegido]; 44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Rússia; telefone: +78634371695; o departamento de sistemas analíticos de informação de segurança; dr. de eng. sc.; professor.

Bozhenyuk Alexander Vitalievich - e-mail: [e-mail protegido]; dr. de eng. sc.; professor.

Rozenberg Igor Naymovich - Empresa pública "Instituto de pesquisa e desenvolvimento de engenheiros ferroviários"; o email: [e-mail protegido]; 27/1, Nizhegorodskaya, Moscou, 109029, Rússia; telefone: +74959677701; vice diretor; dr. de eng. sc.

UDC 621.396.67

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

MODELAGEM DE ESTÚDIO DE MICROONDAS CST BASEADO EM CAD DE UM FILTRO PASSA ALTA

Para proteger os dispositivos de interferências e solucionar o problema de compatibilidade eletromagnética, é necessário utilizar filtros com atenuação de 60 dB ou mais na banda de parada. Dispositivos deste tipo devem não apenas suprimir efetivamente a interferência na faixa de frequência necessária, mas também ter uma boa proteção contra a penetração de ruído induzido nos dispositivos.

interferência externa. O uso de filtros de alta frequência no caminho do sinal pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído de todo o dispositivo, suprimindo o ruído de baixa frequência e o desvio de sinais com frequências inferiores ao limite inferior do espectro de frequência do sinal desejado . Foi simulado um filtro com frequência de corte de 90 MHz, que possui uma atenuação na banda de operação não superior a 1 dB, e uma supressão fora da banda de pelo menos 90 dB. O filtro é um circuitos oscilatórios conectados em série conectados em paralelo. Cada um dos circuitos é acoplado capacitivamente ao circuito adjacente e opera como um filtro trap sintonizado em uma das frequências de supressão. A sobreposição das bandas por cada um dos filtros implementa toda a banda de notch do filtro especificada de 0 a 90 MHz. O projeto foi realizado em duas etapas: simulação do circuito e simulação SD-eletromagnética completa, levando em consideração a carcaça metálica e a possível influência entre as cascatas devido às ondas superficiais que surgem no substrato do filtro dielétrico. O pacote CAD de microondas CSTMicrowave Studio fornece uma análise dos parâmetros do campo eletromagnético no volume do filtro projetado e realiza um cálculo rigoroso de suas características técnicas.

Filtro passa-alta; frequência de corte; largura de banda; Estúdio de Microondas CST.

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

SIMULAÇÃO DE FILTRO PASSA ALTA USANDO SOFTWARE CST MICROWAVE STUDIO

Para proteger contra interferências e solucionar o problema de compatibilidade eletromagnética é necessário utilizar filtros com atenuação de 60 dB ou mais na banda de parada. Dispositivos deste tipo devem não apenas reduzir efetivamente o ruído na faixa de frequência desejada, mas também ter uma boa proteção contra penetração no dispositivo induzida por ruído externo. O uso de filtro passa-alta no caminho do sinal pode melhorar significativamente a relação sinal/ruído de todo o dispositivo, suprimindo o ruído de baixa frequência e os sinais de desvio com frequências inferiores ao limite inferior do espectro de frequência do sinal desejado. O trabalho foi realizado modelagem de filtro com uma frequência de corte de 90 MHz, cuja atenuação na banda de operação é inferior a 1 dB, e a supressão é largura de banda - não inferior a 90 dB. Um filtro é um circuito ressonante em série conectado em paralelo. Cada circuito é acoplado capacitivamente a um circuito adjacente e opera como um filtro de parada de banda configurado para suprimir uma das frequências. A sobreposição de bandas de cada filtro implementa todo o filtro de rejeição de banda definido de 0 a 90 MHz. O projeto foi realizado em duas fases: simulação do circuito e full 3D - simulação eletromagnética com o corpo metálico e o possível impacto entre as fases devido às ondas superficiais geradas em um filtro de substrato dielétrico. Microwave CAD software CST Microwave Studio fornece uma análise dos parâmetros do campo eletromagnético no volume do projeto do filtro e implementa um cálculo rigoroso de suas características técnicas.

frequência de corte do filtro passa-alta; largura de banda; Estúdio de Microondas CST.

Introdução. O ritmo de desenvolvimento de equipamentos de infocomunicação e sistemas de energia leva a uma deterioração do ambiente eletromagnético. Um aumento do nível de interferência fora da faixa de frequência de operação leva a falhas do equipamento radioeletrônico (REA) existente. Para proteger os equipamentos eletrônicos de interferências e solucionar o problema de compatibilidade eletromagnética, é necessário utilizar filtros com atenuação de 60 dB ou mais na banda de parada. Dispositivos desse tipo devem não apenas suprimir efetivamente a interferência na faixa de frequência necessária, mas também ter uma boa proteção contra a penetração de interferência externa induzida no equipamento eletrônico.

Os principais parâmetros técnicos de qualquer filtro geralmente incluem: características de amplitude e frequência de fase (resposta de frequência e resposta de fase), frequência de corte (frequências), banda passante, banda de supressão, nível de atenuação na banda passante, nível de supressão e outros. A frequência de corte em qualquer filtro é considerada uma frequência na qual a amplitude do sinal de saída atinge um nível de 0,707 (-3 dB em uma escala logarítmica) do seu valor máximo. Neste caso, a potência fornecida à carga na saída do filtro é metade do seu valor máximo. A banda de frequência dentro da qual

a potência do sinal de saída muda de seu valor máximo para metade, chamado de largura de banda (transparência) do filtro. Assim, a banda de frequência, dentro da qual a potência na carga muda da metade do valor máximo para o seu mínimo (no limite - zero), é tradicionalmente considerada a banda de supressão (bloqueio ou entalhe) do filtro.

Sabe-se que um filtro passa-altas (HPF) é um dispositivo que suprime os sinais de entrada na faixa de frequência abaixo da frequência de corte desse filtro. HPF de sinais analógicos estão ativos, ou seja, que necessitam de fontes de energia para seu trabalho, e passivas, que dispensam tais fontes. Em um HPF ativo, é necessário usar elementos ativos feitos com tecnologia microeletrônica, por exemplo, amplificadores operacionais, e um HPF passivo só pode ser feito em componentes eletrônicos passivos. É importante notar aqui que o uso de qualquer filtro passa-alta no caminho do sinal REA pode melhorar significativamente a relação sinal-ruído de todo o dispositivo, suprimindo o ruído de baixa frequência e o desvio do sinal com frequências inferiores ao limite inferior do espectro de frequência de sinal útil.

Modelagem de um filtro passa-altas. Neste trabalho, foi realizada uma simulação de um filtro passa-altas com frequência de corte de 90 MHz, em que a atenuação na banda de operação não é superior a 1 dB, e a supressão fora de banda é de pelo menos 90 dB . O filtro é implementado como um filtro passa-alta de vigésima ordem e é um circuito oscilatório em série conectado em paralelo (Fig. 1).

Cada um dos circuitos é acoplado capacitivamente ao circuito adjacente e opera como um filtro trap sintonizado em uma das frequências de supressão. A sobreposição das bandas com cada um dos filtros implementa toda a banda de rejeição HPF, definida de 0 a 90 MHz.

Arroz. 1. Circuito elétrico do HPF de vigésima ordem

O projeto foi realizado em duas etapas: simulação do circuito e full 3D - simulação eletromagnética, levando em consideração a carcaça metálica e a possível influência entre as cascatas devido às ondas superficiais que surgem no substrato do filtro dielétrico. Como resultado da simulação do circuito, são calculadas as capacitâncias e indutâncias do circuito do filtro, cuja resposta em frequência é mostrada na fig. 2. Os parâmetros dos elementos filtrantes concentrados são apresentados na Tabela. 1

Arroz. 2. Modelo tridimensional de HPF no SBT

tabela 1

Parâmetros de elementos filtrantes aglomerados

Designação Nominal, nH Designação Nominal, pF Designação Nominal, 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 С3 47 С1 150

L10 276 C8, C10 51 C18 280

L1 680 C6 56 C19 1000

A modelagem 3D foi realizada no pacote CAD de micro-ondas CST Microwave Studio, os parâmetros dos elementos filtrantes passivos agrupados obtidos na primeira etapa da modelagem do circuito e dados na tabela acima foram usados ​​como dados iniciais. Como substrato foi utilizada fibra de vidro FR4 com espessura de 1 mm, constante dielétrica £=4,6 e tangente de perda dielétrica 5=0,015. O modelo de filtro no CST Microwave Studio e as dependências da resposta de frequência para os parâmetros S são mostrados na fig. 2, 3, respectivamente.

Parâmetro S

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

0 50 100 150 200 250 300 350 "0

Arroz. 3. Parâmetros ACHB-HPF

Como pode ser visto a partir da fig. 3 na região de rejeição de HPF de 0 a 70 MHz, foi observada uma resposta de frequência desigual. Nesse caso, o nível de supressão variou dentro de uma ampla faixa de -70 dB a -110 dB. Além disso, o nível mínimo de supressão acabou sendo 20 dB menor que o parâmetro similar obtido na fase de simulação do circuito. Este fato pode ser explicado pela influência mútua das cascatas HPF umas sobre as outras devido ao aparecimento de ondas superficiais no substrato dielétrico, que não podem ser levadas em consideração na simulação do circuito.

Na fig. 4-7 mostram as distribuições do vetor de Poynting e da intensidade do campo elétrico na seção longitudinal do HPF sem triagem entre estágios na banda de supressão na frequência de 80 MHz e na banda passante na frequência de 400 MHz, respectivamente.

Arroz. Fig. 4. Distribuição do vetor Poynting na seção longitudinal do HPF na banda de supressão na frequência de 80 MHz

Arroz. Fig. 5. Distribuição das intensidades de campo eletromagnético na seção longitudinal do HPF na faixa de supressão na frequência de 80 MHz

Arroz. Fig. 6. Distribuição do vetor Poynting na seção longitudinal do HPF na banda passante na frequência de 400 MHz

Arroz. Fig. 7. Distribuição das intensidades do campo eletromagnético na seção longitudinal do HPF na banda passante na frequência de 400 MHz

Como pode ser visto nas distribuições acima, as amplitudes do campo eletromagnético e do vetor de Poynting são quase completamente atenuadas pelo HPF a uma distância inferior a metade do comprimento longitudinal do filtro a uma frequência de 80 MHz e atingem a saída do filtro a uma frequência de 400 MHz quase sem perda. Na banda de rejeição, à medida que se move perpendicularmente para cima a partir do substrato, as amplitudes do campo e do vetor de Poynting diminuem visivelmente. Na banda de passagem, a uma distância da linha de microfita e do substrato dielétrico em qualquer direção, a atenuação das amplitudes do campo e do vetor de Poynting ocorre muito mais lenta e fracamente, o campo está localizado próximo ao dielétrico.

Para reduzir o acoplamento eletromagnético entre as cascatas, foram utilizadas telas de aço em forma de placas para separar todas as cascatas de filtros umas das outras. O modelo de tal filtro e as dependências da resposta de frequência para seus parâmetros S são mostrados na fig. 8, 9, respectivamente.

Arroz. 8. Filtro passa-alta com blindagem entre estágios

Na fig. 9, 10 mostram as distribuições do vetor de Poynting na seção longitudinal do filtro passa-altas com blindagem entre as cascatas na banda de supressão e na banda passante do filtro. Semelhante aos resultados para um filtro sem telas (veja as Figs. 6, 7), as amplitudes do vetor Poynting são quase completamente atenuadas por um filtro passa-alta blindado a uma distância de menos da metade do comprimento longitudinal do filtro a uma frequência de 80 MHz e alcance a saída de tal filtro a uma frequência de 400 MHz com quase nenhuma perda. No entanto, neste caso, de acordo com a Fig. 10 e 11, a energia do campo eletromagnético está concentrada em torno da linha de microfita, telas entre estágios e no próprio substrato dielétrico e ocupa um volume muito menor em todo o filtro.

Arroz. Fig. 10. Distribuição do vetor Poynting no corte longitudinal do HPF com triagem de todos os estágios na banda de supressão na frequência de 80 MHz

Arroz. 11. Distribuição do vetor Poynting na seção longitudinal do HPF com triagem de todos os estágios na banda passante na frequência de 400 MHz

Parâmetro S

para ■->.____

Arroz. 9. Características de frequência dos parâmetros S do HPF com triagem de todos

cascatas

Conclusão. Uma comparação das dependências da resposta em frequência para filtros passa-altas com e sem telas mostrou que o uso de placas de tela melhora significativamente a supressão de sinal na banda de entalhe do filtro. Neste caso, o nível mais baixo de atenuação do sinal foi de pelo menos -90 dB. O uso de telas afeta significativamente as ondas superficiais e espaciais, reduzindo significativamente seu nível dentro do volume do filtro. De fato, as telas intermediárias formam uma estrutura retardadora de pentes que, juntamente com o substrato dielétrico, contribui para o aparecimento de ondas superficiais. Uma característica de uma onda de superfície é o decaimento exponencial da amplitude do campo e do vetor de Poynting na direção transversal da superfície longitudinal da própria estrutura de desaceleração, ao longo da qual ocorre a transferência de energia do campo, o que é totalmente confirmado pelos resultados da simulação acima .

Assim, a tarefa de projetar um filtro inclui o desenvolvimento de seu diagrama de circuito com a consideração obrigatória da presença de fontes externas de interferência e a possível influência da carcaça do filtro e das cascatas entre si, cuja ação afeta significativamente as características técnicas do filtro. Ao projetar filtros com um alto nível de supressão, a simulação do circuito não pode descrever adequadamente os processos em curso de formação do campo eletromagnético, por isso é necessário realizar uma análise eletromagnética tridimensional de todo o dispositivo usando ambientes especializados de simulação eletrônica. O pacote CAD de microondas CST Microwave Studio fornece uma análise dos parâmetros do campo eletromagnético no volume do filtro projetado e realiza um cálculo bastante rigoroso de suas características técnicas.

REFERÊNCIAS

1. Herrero D., Willoner G. Síntese de filtros: Per. e inglês. /Ed. É. Gonorovsky.

M.: Sov. rádio, 1971. - 232 p.

2. Hanzed G.E. Manual para o cálculo de filtros. Por. do inglês. /Ed. A.E. Znamensky.

M.: Sov. rádio, 1974. - 288 p.

3. Antenas e dispositivos de micro-ondas. Projeto de Matrizes de Antena Faseadas / Ed. DI. Ressurreição. - M.: Engenharia de rádio, 2012. - 744 p.

4. Veseloe G.I., Egorov E.N., Alekhin Yu.N. etc. Sob a direção de Veselova G.I. Dispositivos microeletrônicos de micro-ondas. - M.: Superior. escola, 1988. - 280 p.

5. Sychev A.N. Dispositivos de micro-ondas controlados baseados em estruturas de tiras multimodo.

Tomsk: Universidade Estadual de Tomsk, 2001. - 318 p.

6. Bova N.T., Stukalo P.A., Khramov V.A. Dispositivos de controle de microondas. - Kyiv: Técnica, 1973. - 163 p.

7. Manual de cálculo e projeto de dispositivos de tiras de micro-ondas / Ed. DENTRO E. Wolman. - M.: Rádio e comunicação, 1982. - 328 p.

8. Statz H., Newman P., Smith I., Pucel R., Haus H. GaAs dispositivo FET e simulação de circuito em SPICE // IEEE Trans. Dispositivos eletrônicos. - 1987. - Vol. ED-34, #2. - P. 160-169.

9. Razevig V.D., Potapov Yu.V., Kurushin A.A. Projetando dispositivos de microondas usando Microwave Office - M.: SOLON-Press, 2003. - 496 p.

10. Projeto e cálculo de dispositivos de tiras / Ed. É. Kovalev. - M.: Sov. rádio, 1974. - 295 p.

11. Bova N.T. etc. Dispositivos de microondas microondas. - Kyiv: Técnica, 1984. - 182 p.

12. Voronin M.Ya. Linhas Irregulares de Transmissão de Microondas: Teoria e Aplicação. - Novosibirsk: Universidade Técnica Estadual de Novosibirsk, 1994. - 291 p.

13. Znamensky A.E., Popov E.S. Filtros elétricos ajustáveis. - M.: Comunicação, 1979. - 128 p.

14. Saavedra C., Zheng Y. Atenuador Híbrido em Anel de Microondas com Tensão Variável Usando Transistores HFET // Transações IEEE em Teoria e Técnicas de Microondas. - 2005. - Vol. 53, nº 7. - P. 2430-2433.

15. Postnikov V.F. Elementos da teoria das linhas de tiras. - Novosibirsk, 1994. - 89 p.

16. Mattei D.L., Young L., Jones E.M.T. Filtros de microondas, circuitos de correspondência e circuitos de comunicação.

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

17. Razinkin V.P., Belotelov V.V. Novos princípios para a construção de filtros passa-faixa de microondas // Anais da 4ª Conferência Internacional APEP-98, Novosibirsk, 1998. - P. 133 136.

18. Cálculo de filtros considerando perdas. Manual, traduzido do alemão / Ed. Silvinsky K. A. - M.: Comunicação, 1972. - 200 p.

19. Osipenkov V.M., Bachinina E.L., Feldshtein A.L. Problemas de cálculo de filtros de micro-ondas com perdas // Engenharia de rádio. - 1973. - T. 28, No. 4. - S. 25-30.

20. Lucyszyn S., Robertson D. Blocos de construção de topologia de reflexão analógica para aplicações de processamento de sinal de microondas adaptável // IEEE Trans. Tecnologia de teoria de microondas. - 1995. - Vol. 43, No. 3. - P. 601-611.

21. Matveev S.Yu., Razinkin V.P. Filtro de microondas de banda estreita // Patente 2185693 RF: 7 H 01 R 1/20, 7/00. 2002. Boi. Nº 20.

22. Razinkin V.P., Belotelov V.V. Filtros de microondas altamente seletivos// Continuando conferência IEEE-Rússia Eletrônica de microondas (MEMIAT997). - Novosibirsk: NSTU, 1997.

23. Matveev S.Yu., Razinkin V.P. Microstrip filtro de micro-ondas // Izvestiya vuzov. Radioeletrônica. - 2001. - T. 44. - No. 7-8. - S. 38-41.

24. Grishchenko S.G., Derachits D.S., Kisel N.N. Modelagem 3D de um filtro passa-alta de microfita no pacote BG^//Eletrônica moderna. - 2015. - Nº 4. - S. 72-76.

25. Kurushin A.A. Escola de design de microondas no CST Studio Suite. - M.: Um livro, 2014. - 433 p.

Derachits Dmitry Sergeevich - Universidade Federal do Sul; o email: [e-mail protegido]; 347928, Taganrog, por. Nekrasovsky, 44; tel.: 88634371634; Departamento de Antenas e Aparelhos Transmissores de Rádio; estudante graduado.

Kisel Natalya Nikolaevna - Departamento de Antenas e Dispositivos de Transmissão de Rádio; Professor; doutorado; docente.

Grishchenko Sergey Grigorievich - Diretor do Instituto de Sistemas de Engenharia de Rádio e Controle; doutorado; docente.

Derachits Dmitriy Sergeevich - Universidade Federal do Sul; o email: [e-mail protegido]; 44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Rússia; telefone: +78634371634; o departamento de antenas e transmissores de rádio, estudante de pós-graduação.

Kisel Natalia Nikolayevna - o departamento de antenas e transmissores de rádio; professor; cândido. de eng. sc.; professor associado.

Grishchenko Sergey Grigorievich - diretor do Instituto de sistemas e controle de engenharia de rádio; cândido. de eng. sc.; professor associado.

Detalhes Postados em 18/11/2019

Queridos leitores! De 18/11/2019 a 17/12/2019, nossa universidade recebeu acesso de teste gratuito a uma nova coleção exclusiva no Lan ELS: Military Affairs.
Uma característica fundamental desta coleção é o material educacional de várias editoras, selecionado especificamente para temas militares. A coleção inclui livros de editoras como Lan, Infra-Engineering, New Knowledge, Russian State University of Justice, Moscow State Technical University. N. E. Bauman, e alguns outros.

Testar o acesso aos IPRbooks do Sistema de Biblioteca Eletrônica

Detalhes Postados em 11/11/2019

Queridos leitores! De 08/11/2019 a 31/12/2019, nossa universidade recebeu acesso de teste gratuito ao maior banco de dados de texto completo russo - o Electronic Library System IPR BOOKS. O ELS IPR BOOKS contém mais de 130.000 publicações, das quais mais de 50.000 são publicações educacionais e científicas exclusivas. Na plataforma, você tem acesso a livros atualizados que não podem ser encontrados em domínio público na Internet.

O acesso é possível de todos os computadores da rede da universidade.

"Mapas e diagramas na Biblioteca Presidencial"

Detalhes Postados em 06.11.2019

Queridos leitores! No dia 13 de novembro às 10h00, a biblioteca LETI, no âmbito de um acordo de cooperação com a Biblioteca Presidencial com o nome de B.N. Yeltsin, convida funcionários e estudantes da Universidade a participar na conferência webinar "Mapas e Diagramas na Biblioteca Presidencial Fundo". O evento será transmitido na sala de leitura do Departamento de Literatura Socioeconômica da Biblioteca LETI (edifício 5, sala 5512).

Muitos engenheiros no campo da simulação eletromagnética muitas vezes enfrentam questões de processamento adicional e uso dos resultados da modelagem de um problema em outros ambientes ou, inversamente, transferência de parâmetros de um ambiente para outro. Parece que não há problema em exportar os resultados em um formulário compreensível para outro programa e usá-los, ou inserir dados manualmente. No entanto, muitas vezes surgem tarefas que exigem a execução de uma determinada sequência de ações N vezes, e o desempenho dessas ações tende a zero. Se você estiver interessado no tópico indicado no título, peço em cat.

As tendências modernas em processamento de dados levaram os engenheiros de rádio ao uso generalizado da poderosa ferramenta Mathworks Matlab para atingir seus objetivos. Este pacote permite resolver os problemas de processamento digital de sinais, modelagem de FPGAs e sistemas de comunicação em geral, projeto de modelos de radar e muito mais. Tudo isso faz do Matlab um assistente indispensável para quase qualquer engenheiro de rádio.

Especialistas em modelagem eletrodinâmica de alta precisão geralmente operam com outros pacotes de software específicos, um dos quais é o CST Microwave Studio. Existem muitos artigos sobre este produto no site da empresa Eurointech. Portanto, não há necessidade de contestar seus aspectos principais.

Estratégia

No caso geral, foi necessário simular o projeto no Microwave Studio na faixa de frequência especificada por alguma função realizada no Matlab, e então utilizar os resultados da modelagem dos ganhos S ij em outros cálculos.

O método de entrada e saída manual de dados caiu imediatamente, pois a sequência de ações descrita teve que ser executada de 1 a vários milhares de vezes.

Foi decidido tentar gerenciar os parâmetros de simulação do Microwave Studio diretamente das funções do Matlab. Uma análise da ajuda disponível do CST e do Matlab, bem como dos recursos da Internet, mostrou que ambos os programas suportam o uso do framework ActiveX.
ActiveX é uma estrutura para definir componentes de software utilizáveis ​​a partir de programas escritos em diferentes linguagens de programação. O Software pode ser montado a partir de um ou mais desses componentes para usar sua funcionalidade.

Esta tecnologia foi introduzida pela primeira vez em 1996 pela Microsoft como um desenvolvimento das tecnologias Component Object Model (COM) e Object Linking and Embedding (OLE), e agora é amplamente utilizada em sistemas operacionais da família Microsoft Windows, embora a tecnologia em si seja não vinculado ao sistema operacional.

Segue da descrição do CST Studio que qualquer um de seus componentes pode atuar como um servidor OLE gerenciado. OLE é uma tecnologia para vincular e incorporar objetos em outros documentos e objetos desenvolvidos pela Microsoft. Assim, aqui está a solução da tecnologia Microsoft Windows, Matlab, CST Microwave Studio + OLE.

Agora precisamos descobrir como implementar tudo isso no Matlab.

Funções básicas para gerenciar CST do Matlab

Existem várias funções básicas necessárias para trabalhar com a interface ActiveX:

Actxserver - crie um servidor local ou remoto;

Invoke - Invoca um método em um objeto ActiveX.

Em outras palavras, a essência da equipe actxserver se reduz à inicialização (abertura) do programa, atuando como um gerenciador, invocar– para se referir a certas seções do programa controlado.

Exemplo:

Cst = actxserver("CSTStudio.Application") - o comando vincula à variável "cst" um objeto gerenciado por OLE " CSTStudio.Application". Neste caso, o título CSTStudio.Application” é um nome exclusivo no ambiente ActiveX que nos permite entender a qual programa queremos nos referir.

Mws = invoke(cst , "NewMWS") - permite navegar entre os menus principais do programa, neste caso envia um comando para a variável " cst” associado ao aplicativo CST Studio para criar um novo arquivo de projeto vazio;

Invoke(mws, "Arquivo", "<Путь к файлу>") - envia um comando para abrir um arquivo específico localizado no endereço <Путь к файлу> na aba vazia recém-criada, à qual está associada a variável "mws";

Solver = invoke(mws, 'Solver') - este comando atribui a uma variável solucionador acessando a aba do solver na aba do projeto associada a variável " mws» Estúdio Microondas;

Invoke(solver, "start") – este comando, referindo-se ao CST Studio para um projeto aberto, entrará na aba do solver e iniciará o cálculo do modelo.

Se você olhar para a aba Área de trabalho no Matlab e veja os valores​​(Value) das variáveis: cst, mws, solucionador, você pode ver o seguinte:

  • Variável cst tem o significado <1x1 COM.cststudio_application> . Isso significa que a variável cst está vinculada à janela principal do Microwave Studio e você pode criar arquivos nela, fechá-la e assim por diante. Se o arquivo for criado usando a função invoca(cst, "NovoMWS"), então o fechamento é realizado pelo comando

    Invoke(cst, "sair")

  • Variável mws tem o significado <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS> . Isso significa que a variável mws está associada a uma guia de projeto específica na janela principal do CST. Na guia do projeto, você pode abrir projetos concluídos, salvá-los e fechá-los e também alternar para as guias para trabalhar em um projeto.

    Exemplos de comandos:

    Invoke(mws, "quit") - fecha o projeto atual;

    Invoke(mws,'SelectTreeItem','1D Results\S-Parameters\S1,1') - seleciona um arquivo na árvore de pastas da área de trabalho, para que você possa consultar qualquer arquivo da "árvore". Esta função diferencia maiúsculas de minúsculas ao especificar um caminho para um arquivo.

    Brick = invoke(mws, "brick") - salta para a guia de criação de cubo;

    Unidades = invoke(mws, "unidades") – salta para a janela para alterar as dimensões do projeto.

  • Variável solucionador e variáveis tijolo e unidades, criado no parágrafo anterior, tem o valor <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.solver> , <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.brick> e <1x1 Interface.cststudio_application.NewMWS.units> respectivamente, o que significa que todas essas variáveis ​​estão associadas à janela do terminal definindo certas propriedades dos objetos. Por exemplo, ao acessar uma variável tijolo conjunto de comandos:

    Invoke(tijolo,"Redefinir"); invoca(tijolo,"nome","matlab"); invoca(tijolo,"camada","PEC"); invoca(tijolo,"xrange","-10","10"); invoca(tijolo,"yrange","-10","10"); invoca(tijolo,"zrange","-10","10"); invoca(tijolo,"criar");
    Vamos criar um cubo com dimensões 20x20x20 das unidades do projeto atual a partir do material " PEC"Com nome" matlab».

Hierarquia de Objetos Gerenciados

Com base no exposto, podemos distinguir uma certa hierarquia de elementos gerenciados que terão que ser observados para acessar o CST Studio do Matlab.

Figura 1 - Hierarquia de elementos gerenciados pelo CST Studio

Como pode ser visto na Figura 1, para alterar qualquer parâmetro no projeto, é necessário: primeiro, inicializar a janela principal do CST Studio, segundo, acessar uma aba específica do projeto, terceiro, acessar a janela para alterar as propriedades de um objeto de interface específico (computador, geometria, medidas de unidades, etc.).

Algoritmo de busca de comando para controle

Se tudo é simples com a inicialização da janela principal e da guia do projeto, o conjunto de janelas para inserir e alterar parâmetros é muito grande e parece impossível fornecer todas as maneiras de acessá-las em um artigo. Eles estão totalmente disponíveis nos materiais de referência fornecidos com o CST Studio Suite. Mas o algoritmo a seguir para encontrar o formato de todos os comandos acessando qualquer lugar no CST Studio parece ser mais simples.

Considere o exemplo anterior de criação de um cubo de 20x20x20. Vamos criar o mesmo cubo, mas usando a interface gráfica do CST Studio e encontre na aba Modelagem botão Lista de histórico.


Figura 2 - Janela de Chamadas da Lista de Histórico

Vamos abrir o item Definir tijolo e voltemos ao seu conteúdo e código em Matlab, o que nos permite repetir esta sequência de ações.


Figura 3 - Definir janela brick e código Matlab

A Figura 3 mostra que o código em Matlab é praticamente uma cópia do item de Lista de histórico. Assim, você pode entender qual objeto final deve ser acessado após selecionar a aba do projeto (após a segunda linha do código Matlab) formando um link entre o objeto da interface CST, neste caso Tijolo, e enviar comandos sequencialmente para este objeto diretamente de Lista de histórico.

No entanto, nem todos os comandos Lista de histórico tem esta sintaxe. Por exemplo, a configuração da faixa de frequência para o cálculo é realizada usando a seguinte linha:


Figura 4 - Configurando a faixa de frequência na Lista de Histórico

Aqui novamente, de maneira óbvia, há o nome do objeto para o qual os comandos devem ser enviados - Solucionador. Em seguida, o comando para alterar a faixa de frequência do Matlab ficará assim:

Solucionador = invoke(mws,"Solucionador"); invoke(solver,"FrequencyRange","150","225");
Vamos formular um algoritmo para pesquisar nomes de objetos e formatos de comando para controlar o CST Studio do Matlab:

  1. Você precisa executar todas as ações que deseja automatizar no Matlab a partir da GUI do CST Studio;
  2. Aberto em Modelagem\Lista de Histórico o texto da operação necessária (" definir tijolo», « definir faixa de frequência"etc);
  3. Use os comandos abaixo para entrar em contato com o CST Studio do Matlab e abra o arquivo necessário:

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

  4. Inicialize a conexão com o objeto CST Studio, cujos parâmetros precisam ser alterados, pelo título da Lista de Histórico usando o comando:

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

  5. Linha por linha digite os comandos descritos na Lista de Histórico para o objeto:

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

Este algoritmo de ações por tentativa e erro leva à solução do problema de controle do CST Studio usando código Matlab.

Saída dos resultados da análise

Depois do que foi escrito acima, você já pode enviar o leitor para entender melhor por conta própria, mas logo no início do artigo a tarefa foi definida como inserir os parâmetros de faixa de frequência do Matlab no CST e importar os resultados da simulação no formulário dos parâmetros de transferência S de volta para o Matlab. Além disso, as operações de exportação de resultados para Lista de histórico não são exibidos.

Usando a interface gráfica, isso é feito da seguinte forma:

  1. Após o cálculo, selecione o arquivo na "árvore" de pastas para exibi-lo;
  2. 2 Exporte-o para um arquivo ASCII através da guia Pós-processamento\Importação/Exportação\Plot Data(ASCII).
Agora, com a ajuda dos comandos do Matlab, você precisa fazer o mesmo.

O comando já foi mencionado acima.

Invoke(mws,"SelectTreeItem","Resultados 1D/S-Parameters/S1,1")
permitindo que você selecione o arquivo necessário na "árvore" do campo de trabalho. Para exibir os resultados em ASCII, usamos a função CST integrada " Exportação ASCII».
Na ajuda do CST, para executar esta função, envie os seguintes comandos para o CST:
export = invoke(mws,"ASCIIExport") - inicialização da função de exportação com a variável de exportação;

Invoke(export,"reset") - redefine todos os parâmetros internos para os valores padrão;

Invoke(export,"FileName","C:/Result.txt") - definindo o caminho de salvamento e o nome do arquivo;

Invoke(export,"Mode","FixedNumber") - escolha do método de salvamento de pontos. FixedNumber - exibe um número estritamente especificado de pontos, FixedWidth - exibe pontos em uma etapa especificada;

Invoke(export,"step","1001") – número de pontos para saída/largura do passo;

Invoke(export,"execute") – comando de saída.

Este conjunto de comandos permitirá que você envie os valores do coeficiente de reflexão S 11 no valor de 1001 pontos para um arquivo localizado no disco C Com nome Resultados.txt
Assim, a tarefa inicial foi completamente resolvida.

Livros usados

Potemkin, Valery Georgievich Introdução ao MATLAB / V.G. Potemkin. - Moscou: Diálogo-MEPHI, 2000. - 247 p.: tab. - ISBN 5-86404-140-8
Materiais de referência fornecidos com o CST Studio Suite