[email protected] cst microwave studio ˇ...

[email protected] طيحم رد هرجنپ كي هب يا هحفص جوم شبات CST MICROWAVE STUDIO

1

هطيح و ...) و گنيرتكسا ،يرادار عطقم حطس(رادار لياسم ليلحت رد يا هحفص جوم كيرحت زا هدرتسگ هدافتسا هب هجوت اب

نآ تسخن ماگ هك دشابيم يياهمتسيس نينچ رد جاوما راتفر يددع ليلحت زا هدافتسا نايوجشناد ياهزاين زا يكي )... و كينومسالپ(كيتپا

نيا اب ماگ هب ماگ ار نازيزع امش هداس يلاثم يط يلبق يشزومآ ثحابم همادا رد هك دشابيم plane wave كيرحت زا هدافتسا رد يياناوت

هطيح رد نات يصصخت تالاقم شراگن رد امش هناقالخ ياه هديا صوصخ رد نازيزع امش اشگهار نتم نيا تسا ديما ،منكيم انشآ كيرحت هويش

.تسا نانتما دروم و زاجم يوحن ره هب بناجنيات اوزج رياس و رضاح نتم زا هدافتسا .داشب وربزم

ديشاب زوريپ و قفوم

1392 نمهب -نارهت

هداز يوضر اضردمحم ديس

Dear, Friends This article shows a step by step plane wave excitation by CST MWs which is very important to study

numerically some EM problems: the radar cross section, EM wave, optical systems and so on. Obviously the text is in Persian language but the picture based style of this document hopefully causes it applicable for who is’nt familiar with Persian.

Furthermore, If you have any question, please do not hesitate to contact me. Hoping to hear from you….. Mohammadreza

:(TEM)تحريك موج صفحه اي

و نيز بررسي ) رادار(در مسايل زيادي از جمله بررسي اسكترينگ و پراش امواج الكترومغناطيسي بواسطه برخورد با اجسام فلزي

منبع اصلي ايجاد موج ديگر مانند مسايل آنتن و ) متاماتريالها( رفتار موج در محيطهاي با خواص الكتريكي و مغناطيسي خاص

و انتشارنبوده و بايد يك جبهه موج صفحه اي با راستاي waveportريكي يا پنجره تحريك قطعات پسيو مايكروويو جريان الكت

اين امكان را فراهم كرده كه در استفاده از آن الزم است مواردي CST Microwave Studioنرم افزار . پالريزاسيون مشخص باشد

.اشاره خواهيم نمودمالحظه و مراقبت شود كه در ادامه با ذكر مثالهايي به اين موارد

ساب استريتي با رويه فلزي و شكافي مستطيل شكل در مركز كه در معرض يك موج صفحه اي با پالريزاسيون خطي - 1مثال

.قرار ميگيرد 1V/mو راستاي انتشار عمودي و دامنه

تفسير الكترومغناطيسي مساله

مت منبع موج انعكاس داشته و ساب استريت نظير پس از برخورد ميدان در نيمه فضاي س بديهي است چنين مساله اي

و با توجه به همراستايي يا نا همراستايي اسالت با جبهه موج ميتوانيم شاهد القاء slotرفلكتور عمل كرده و در پشت آن بواسطه

.انرژي متفاوتي در سمت مقابل باشيم

Taconic TLY5, εr=2.2, 20×20mm: ، و به مشخصاتxyدر صفحه : ساب استريت2

xslot=10mm, yslot=2mm: (Slot)شكاف

Ey، پالريزاسيون ميدان الكتريكي z-راستاي انتشار : موج صفحه اي

:نرم افزار تنظيمات عمومي

صفحه . در نظر ميگيرد GHzبا mmو واحد را Plane waveانتخاب كنيد كه بطور ديفالت منبع را RCSرا Templateنوع

:را تنظيم كنيد Working plane propertiesو (WCS>Align WCS with xy plane)تنظيم كنيد xyرسم را


2

گرفتيم و طوري تنظيم 0.035mو ضخامت رويه فلزي را نيز 0.8mmضخامت ساب را .مدل ساب استريت را ايجاد كنيد

.قرار بگيرد z=0در مرز كرديم كه تا رويه فلزي

:رسم شكاف در مركز رويه فلزي

:تنظيم فضاي پيراموني يا محيط انتشار

چون ميخواهيم منبع موج از صفحه اسكترر شكاف دار نسبتاً دور باشد تا امواج برگشتي در محل منبع تداخلي نداشته باشند

بطور خودكار تنظيمات (تنظيم ميكنيم [ε=1, µ=1]تنظيم و محيط را نرمال [0.100mm]فاصله مرز محيط پيراموني را

working plane اصالح ميشود.(


3

:تنظيم فركانس

.تنظيم نمود 15GHzبگيريم ميتوان فركانس را λ/2طول دارد و اگر معادل 10mmچون شكاف

:تعريف مرزهاي تشعشعي محيط

كه مثالً يكي از مهمترين تفاوتهاي انحصاري اين نوع تحريك نسبت به تحريكهاي ديگر نرم افزار فضاي باز بودن انتشار است

در . ميبود Et=0در قطعات پسيو انتشار كامالً محبوس بوده و الزم است قطعه را در قفس فارادي تصور كرده كه متناظر مرزهايي با

.انتخاب ميكنيم open(free space)تنظيم و تنها در مسير انتشار openاين مساله ما تمام راستاها را

تعريف منبع تحريك موج

.به طريق زير عمل ميكنيم Solve>Edit plane waveيا Solve> plane waveاز مسير


4

.تنظيم كرديم [1-,0,0]است لذا بردارهاي يكه را در z–راستاي انتشار

.تنظيم كرديم [0,1,0]است لذا بردار يكه آنرا Eyبردار ميدان الكتريكي

الزم است در محل مرز صفحه فلزي ) نظير اينجا(در مواردي كه شكل ما يك صفحه فلزي موازي جبهه موج تابشي دارد: 1نكته

هم بگذازيم Automatic detectionالبته اگر در حالت .تعريف كنيم Decouplingيك صفحه ) z=0اينجا ( و جبهه موج

.سيستم خودكار اينكار را خواهد نمود

ريب مثالً براي سنجش ميزان ض( ه باشيمممكن است پورتهايي براي سيستم بطور غير فعال تشعشعي داشت مسايليدر : 2نكته

.دنديد پورتها بر صفحات مرزي منطبق گرهرگز نبا) سيستم پسيو كه در معرض تابش موج صفحه اي بوده عبور

Field Monitor:

ميدان دور را در بر گرفته و لذا براي مشاهده رفتار ميدانهاي الكتريكي در مساله تحريك با امواج صفحه اي قطعاً موضوع انتشار

با تنظيم در حالت solveاز زير شاخه field monitoringجاي جاي فضاي مساله، از محل صفحه منبع تا اسكترر الزم به تنظيم

Far field/RCS ميباشد.

تنظيم Plane waveديفالت Excitation Settingخاب كرديم، كه در را انت F!گام آخر انتخاب نوع روش حل ميباشد كه ما

.شده است


5

:نتيجه

مشاهده ميشود كوپالژ شكاف كمتر ميشود 5GHzبا تغيير فركانس به


6

:1GHzبازاي فركانس


7

:استخراج پترن ميدان الكتريكي

را بازاي هر تعداد از گزارشهاي مورد نظرمان و در فركانسها و نقاط Field Monitorالبته از ابتداء ميتوان چندين مرتبه

:انجام داده ايم FarField/RCSو E-Fieldمتفاوتي تنظيم و برنامه را اجرا نمود اين موضوع را در خصوص گزارش

>>

هاي نتايج مربوطه ظاهر خواهد شد كه براي مشاهده پترن ميدان فولدر پوشه 1D/2D Resultsپس از اجراء در زير شاخه

.اصلي انتخاب شود تا نظير شكل پترن بردارهاي ميدان مشاهده شود


8

:ويرايش گزارش پترن

ها و پنجره زير باز شده كه ميتوان تراكم بردار plot propertiesبا انتخاب ، e-field[f=1.5][pw]با كليك راست روي پوشه

.همين مسير قابل انتخاب استانيمشن پترن ميدانها نيز از .تنظيم نمود Scalingو Spacingاندازه آنها را از

:تعريف پورت در پشت ساب استريت بمنظور آناليز امپدانسي و انعكاسي سيستم

به مقداري 1را از Number of Mode .تنظيم و سپس سطح پشتي را انتخاب و پورت را تعريف كنيد back viewروي

.افزايش دهيد 3بيشتر مثالً


9

<<<<

Eigenmode Solver Parameterشبيه سازي

براي ساختارهايي (Eigenmodes)اين شيوه در محاسبه فركانسهاي رزنانس و پترن ميدانهاي الكترومغناطيسي متناظر آنها

.با تلف و بي تلف استفاده ميشود (Open boundaries)بدون مرز باز

در مثال قبل ميخواهيم ببينيم اگر دو پورت در دو طرف ساب استريت با رويه فلزي شكافدار تعريف كنيم نحوه كوپالژ ميدان

.بين دو پورت؛ توزيع ميدان در مسير انتشار و در صفحه خاصي چگونه قابل محاسبه است

:ميكنيم و دو پورت بقرار زير تعريف ميكنيم deleteرا Planewaveتحريك

>>

و دادن مختصات محل استقرار صفحه Freeاستفاده كنيم مستقيماً پورت را با امكان Pick faceدقت شود به جاي اينكه از

x=y=20mm, (20×20mmپورت كه يك صفحه 290و با پالريزاسيون z=±10mm، در موقعيت (

o پورت براي 3براي تعداد مد

.بترتيب تعريف نموديم 2و 1

تنظيم Background Materialداريم با كمك HFSSمرز محيط پيراموني مساله كه معادل باكس انتشاري است كه در

:ميشود


10

بترتيب به Upper Z=10mmو Lower Z=5mmو با (Normal)را فضاي آزاد Surrounding spaceاز شكل ميبينيم

.تعريف ميكنيم 1و 2متري از پورتهاي ميلي 10و 5فاصله

.تغيير وضعيت داده شوند Et=0 به openاز تغيير ديگر بايد كل سيستم داخل يك قفس فارادي قرار گيرد، يعني مرزها

.لزومي به ويرايش ندارند FarField/RCSو Fieldهمان Field Monitorتنظيمات فركانسي و

پنجره آن باز شده كه نظير شكل فقط فعال مهم تعيين تعداد مدهاي انتشاري است كه ميخواهيم محاسبه E!پس از كليك

.كند

>>

بردارهاي ميدان نمايش داده ميشود، حتماً 1D/2D Results>Modeاز فولدر eپس از اجراء نتايج مدها با كليك روي فولدر

انيميشن را متوقف كنيد زيرا اگر درحالت صفر متوقف maxعي كنيد در حالت و انتخاب انيميشن س eبا كليك راست روي فولدر

. شود هيچ ميداني مشاهده نميشود

.جريان سطحي نيز براي هر مد محاسبه و با انتخاب فولدر مربوطه قابل مشاهده است


11

: Postprocessingاستخراج گزارشهاي خاص

اساس اطالعات بدست آمده ميدان قابل حصول است در اينجا چند گزارش همانطور كه از نامش مشخص است پس پردازش بر

:نموداري و چند گزارش عددي را تمرين ميكنيم

رسم بردار ميدان الكتريكي در يك مسير معين) الف(

رسم تغييرات ميدان الكتريكي در امتداد مسير انتشار •

پنجره مربوطه را Evaluate Field along arbitrary Coordinate(1D plot) و انتخاب PostProcessingبا كليك روي

.كنيد Evaluateسپس بقرار زير تنظيم

>>

ميدان 1كه سمت راست پورت فرستنده zدر طول محور Eyمشاهده ميشو همانگونه كه انتظار داريم مولفه ميدان الكتريكي

.حداكثر بوده و به شكاف كه نزديك ميشود به سبب وجود مرز فلز پيك داريم و در پشت تنها مولفه كوپل شده را شاهديم


12

xرسم تغييرات ميدان الكتريكي در امتداد طول شكاف يا همان محور •

مماس Eyمشاهده ميشود دقيقاً در خارج شكاف چون ميدان .ميكنيم Evaluateو تنظيم xعيناً حالت قبل منتهي امتداد را

.بر فلز است لذا صفر شده و در مركز شكاف حداكثر است

>> تعيين ميزان كوپلينگ پنجره شكاف) ب(

.ثبت ميشود valueحاصله زير Evaluateو كليك بر 3D Eigenmode Coupled Coeffecientبا انتخاب

>> افت مسير بين دو پورت محاسبه) ج(

را انتخاب و مد انتشاري كه مد نظرمان هست نيز انتخاب و سپس Total Lossگزينه 3D eigenmode Resultاز انتخاب

ok ًكرده و نهايتاEvaluate ميكنيم.

>>


13

Integral Equation Solverحل به شيوه معادالت انتگرالي

تحليل حوزه زمان و فركانس ويژگيهايي دارد و همين سبب مناسب بودن روش در اين شيوه حل نسبت به روشهاي ديگر

:كاربردهاي زير گرديده است

شبيه سازي هاي الكتريكي بزرگ، •

محاسبه سطح مقطع راداري سريع بازاي فركانسهاي متعدد، •

محاسبه ماتريس اسكترينگ، ميدانهاي الكتريكي، •

.RCSمغناطيسي و جريانهاي سطحي و محاسبات ميدان دور و سطح مقطع راداري •

در مسايلي نظير بررسي رفتار متاماتريالها كه تلفيقي از دي الكتريك و رويه فلزي با طرحهاي مختلف هستند يكي از مواردي

ميباشد كه با تيون فركانسي S21و يا S12كه الزم است مشخص شود ضريب عبور آنهاست كه با ماتريس اسكترينگ معادل

ميتوان تشخيص داد در كجاي باند ايم متاماتريال حداكثر عبور را خواهد داشت با اين حل ضمن اينكه ميتوان رفتار سيستم انتقالي

دانهاي توزيع ميدانهاي سطحي متاماتريال، مي Field Monitorچنين ورقه هاي متاماتريال را آناليز كرد ميتوان با تعريف مناسب

داخلي و عبوري، ميدانهاي پيراموني و حتي پترن تشعشعي حاصله از برخورد انرژي پورت به آنها را بهمراه جريان سطحي روي

ادامه مثال ساب استريت با رويه فلزي شكافدار را با تعريف دو پورت در دو طرف سمپل بطوريكه تنها . قطعات فلزي تعيين نمود

.اهيم گرفت پي ميگيريميك پورت را منبع ورودي خو

:اقدامات مهم

باشد و در هردو حالت farfieldيا plane waveميباشد و براي سيستم باز منبع يا بايد openچون سيستم ما يك سيستم

متصور است لذا براي F|dB|خروجي نيست و تنها يك تابع افت مسير -امكان تعريف ورودي خروجي و متعاقباً ولتاژهاي ورودي

رساناي ( PECن سازي محاسبات ماتريس اسكترينگ در اين روش محاسبه الزم است پورتها از طرفين بيروني بر اليه هاي ممك

).گام اول(چسبيده باشند ) كامل

>>

):مثل سابق(تنظيم پورتها


14

تنظيم Openيا همان مرز الكتريكي و ساير مرزهاي پشتيباني نشده بطور خودكار به Et=0مرزهاي ديواره هاي فلزي به

را محاسبه كنيم مرزهاي را طوري گرفتيم كه ديواره اي روي فلز قرار نگيرد لذا استثنائاً Farfieldچون ما ميخوتهيم . خواهد شد

open(free space) گرفته ايم.

Field Monitorتنظيم

را براي بار Farfield/RCSو براي داشتن ميدانهاي تشعشعي E-fieldميدانهاي سطحي، جريان سطحي يكبار براي داشتن

.دوم تعريف ميكنيم

>>

Integral Equation Solverتنظيمات

دو نكته را رعايت ميكنيم اول منبع را فقط [S]براي صرفه جويي در وقت و با توجه به تقارن مساله و متعاقباً تقارن ماتريس

Port1 ميگيريم و ديگر اينكه تيكAuto را در بخش تنظيمات فركانس برداشته و تعدادSample ميگيريم 10فركانسي را.


15

:و ميدانها به شرح زير بدست خواهد آمد Sپس از اجرا نتايج ماتريس

S11البته ميدانيم چون اين مثال صرفاً بدون هيچگونه بهينه سازي ارايه شده است داده ها اصالً قابل قبول نيست و بايد

!عوض گردد S21جايش با


16

Phase 0deg

Phase 45deg

Phase 90deg

Phase 180deg

Farfield: Realized Gain


17

Farfield: E field

>>

Template Based Postprocessing>1D Results: Farfield (Single Freq.)

[email protected] cst microwave studio ˇ...

Documents