WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Затем начинает работу модуль вычисления матричных элементов и формирования глобальной матрицы, после чего начинается наиболее затратный во времени процесс решения СЛАУ. При этом пользователь может выбирать место расположения процессора – локальное, т. е. на том же компьютере, на котором создавалась модель, или удаленное – на рабочей станции, к которой имеется доступ. Результаты решения СЛАУ передаются обратно в локальный компьютер. На заключительном этапе активируется графический пользовательский интерфейс, который позволяет вычислить необходимые характеристики и параметры устройства и представить их в виде таблиц, графиков и диаграмм.

Верификация программы проводилась путем сравнения результатов моделирования с результатами аналитических расчетов, данными, полученными с помощью других программ моделирования и с результатами экспериментов.

Таблица 4. Значения собственных частот цилиндрического резонатораВид ко- Анал. значе- Число тетраэдров сетки лебаний ние СЧ., ГГц 6768 15026 СЧ, ГГц f, % СЧ, ГГц f, % СЧ, ГГц f, % Е010 11.474 11.502 0.235 11.4905 0.135 1.4848 0.H111 13.302 13.317 0.11 13.3132 0.084 13.3104 0.13.302 0.135 13.3139 0.089 13.311 0.E011 15.216 15.232 0.098 15.2287 0.0769 15.2241 -0.H211 17.670 17.696 0.147 17.6853 0.086 17.6802 0.17.705 0.198 17.6877 0.102 17.6811 0.E110 18.284 18.3246 0.222 18.3081 0.131 18.299 0.18.3287 0.244 18.3102 0.143 18.2913 0.В табл. 4 приведены значения собственных частот (СЧ) цилиндрического резонатора, вычисленные на нескольких сетках. Там же приводятся аналитические значения частот и относительная погрешность расчета. Цилиндрический резонатор был  Азимутально-неоднородные колебания (первый индекс отличен от нуля) вырождены. В таблице для этих видов приведены два расчетных значения, так как за счет погрешности вычислений вырождение снимается.  15  выбран в качестве тестовой модели, так как он имеет криволинейную боковую поверхность, и погрешность расчета может служить оценкой качества ее аппроксимации. Радиус резонатора a = 10 мм, длина l = 15 мм. Рассчитывалось 8 наименьших собственных частот на базисе высокого порядка. Как видно, погрешность расчета для всех видов колебаний уменьшается с ростом числа тетраэдров и на последней сетке не превышает 0.1 %.

а) б )  измерения  SEMCAD Рис. 1. Двухдиапазонная антенна (а) и результаты расчета коэффициента отражения от ее входа (б) На рис. 1 показана экспериментальная зависимость коэффициента отражения от входа (амплитудно-частотная характеристика, АЧХ) двухдиапазонной антенны [3] и результаты расчета по программе RFS, а также по коммерческим программам SEMCAD и HFSS. Особенностью расчета является широкий диапазон частот, составляющий почти 2 октавы и наличие острых резонансов. Видно, что все расчетные данные хорошо согласуются с экспериментальными, причем резонансные частоты совпадают с погрешностью не более 1%. Эти и другие приведенные в диссертации результаты верификации позволяют утверждать, что точность расчетов по программе RFS находится на уровне лучших мировых программ.

В диссертации приведен целый ряд результатов расчета характеристик реальных микроволновых устройств – волноводных многополюсников, клистронных резонаторов, микрополосковых устройств, различных антенн, в том числе, антенн сотовых телефонов, нагревательных камер микроволновых печей. Рассчитаны диаграммы направленности антенн, их входное сопротивление, удельная мощность поглощения в голове пользователя телефоном.

На рис. 2 показан пример расчета коэффициента отражения от входа антенны телефона 3-го поколения CG180 с учетом всех основных деталей – аккумулятора, дисплея, печатной платы, камеры, клавиатуры и т. п. По резонансным частотам получено достаточно хорошее совпадение, однако на верхней резонансной частоте расчет 16  дает худшее согласование по сравнению с экспериментом. Это может объясняться тем, что на высоких частотах затухание в материалах деталей телефона больше расчетного (при расчете тангенс угла диэлектрических потерь считался не зависящим от частоты). Общее время моделирования составило 75 мин., что почти в два раза меньше, чем время решения программы SEMCAD. В настоящее время разработанная программа используется при проектировании сотовых телефонов в компании LG Electronics Inc., а также в учебном процессе кафедры РТЭ СПбГЭТУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе решена актуальная научная задача – разработка эффективного алгоритма моделирования и вычислительной программы высокочастотных электромагнитных полей в сложных микроволновых устройствах. По точности и времени решения разработанная программа не уступает лучшим зарубежным коммерческим продуктам и превосходит их в возможности анализа реальных геометрических моделей устройств. В работе изложены научно обоснованные методические и алгоритмические решения, позволившие преодолеть присущие методу конечных элементов ограничения по сложности и качеству анализируемых моделей, по размерности и обусловленности глобальной матрицы.

Выбран векторный метод конечных элементов как наиболее гибкий и универсальный метод моделирования микроволновых устройств сложной формы и разработан алгоритм и программа реализации этого метода в вычислительной программе.

17  Проанализированы и протестированы различные методы улучшения обусловленности получаемой СЛАУ и показано, что для реальных задач они не дают существенного выигрыша по времени решения, будучи в то же время чувствительными к качеству исходной модели. Поэтому в программе был использован прямой метод решения, не требующий хорошо обусловленной матрицы.

Предложен и реализован двухуровневый метод построения конечноэлементной сетки, малочувствительный к ошибкам геометрической модели.

Разработана программа на языке С++, имеющая развитый пользовательский графический интерфейс, возможность решения СЛАУ на удаленной рабочей станции и удобную систему визуализации полученных результатов. Результаты верификации программы и опыт ее использования при проектировании сложных микроволновых устройств подтверждает ее высокую точность и эффективность.

Список литературы 1. Nedelec J. C. Mixed finite elements in R3. Numer. Math., Vol. 35, pp. 315-341, 1980.

2. Полак Э. Численные методы оптимизации /Пер. с англ. Под ред. И. А. Ваттеля.

М.: Мир, 1975.

3. Ollikainen J., Kivekas O., Toropainen A., Vainikainen P. Internal Dual-Band Patch Antenna for Mobile Phones. Millenium Conference on Antennas & Propagation, Davos, April 2000, CD-ROM SP-444.

Публикации автора по теме диссертации В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Grigoryev A. D., Salimov R. V., Tikhonov R. I. Multiple-cell lumped elements and port models for the vector finite element method. Electromagnetics (Многоячеистые модели сосредоточенных элементов и портов для векторного метода конечных элементов), 2008, V. 28, No. 1, p. 18-26.

2. Тихонов Р. И. Улучшение сходимости метода векторных конечных элементов для решения краевых задач электродинамики // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2008. Вып. 2, c. 30-33.

Другие публикации:

3. Grigoriev A. D., Kim E. S., Tikhonov R. I. MOS – A Microwave Oven Simulation Toolkit (Пакет моделирования микроволновых печей) // Proceedings of the East-West Workshop "Advanced Techniques in Electromagnetics". – Warsaw: Univ. Technology Press, 2004. p. 213-215.

4. Grigoriev A. D., Kim E. S., Tikhonov R. I. Numerical simulation of electromagnetic fields in microwave ovens (Численное моделирование электромагнитных полей в микроволновых печах)// Proc. Int. Symposium on heating by electromagnetic Sources. – Padua: Univ. of Padua, 2004. p. 225 – 228.

5. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Сравнительный анализ векторных конечных элементов типов CT/LN и LT/QN для решения краевых задач электро18  динамики// Радиотехника и связь: Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 110-летию изобретения радио и 75-летию СГТУ. Саратов.

СГТУ. 18-20 мая 2005, c. 174-180.

6. Grigoriev А. D., Salimov R. V., Tikhonov R. I. Modern methods of enchanting efficiency of RF electromagnetic fields simulators in microwave structures (Современные методы улучшения эффективности радиочастотных электромагнитных полей в микроволновых структурах) // Материалы научн.-техн семинара "Современные проблемы техники и электроники СВЧ". СПб: Изд-во СПбГЭТУ, 2006, с.10.

7. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Метод конечных элементов в электродинамике. Проблемы и решения. // Материалы международной научнотехнической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Саратов: Изд-во СГТУ, 2006, с. 281-287.

8. Grigoriev А. D., Salimov R. V., Tikhonov R. I. Implementation of lumped elements and fast frequency sweep into the vector finite element code for RF electromagnrtic field simulation (Встраивание сосредоточенных элементов и быстрого частотного сканирования в программу моделирования радиочастотных электромагнитных полей методом векторных конечных элементов). Book of materials of the 8-th international Workshop on finite elements for microwave engineering. Stellenbosch, South Africa, 2006, p. 59-60.

9. Grigoriev А. D., Ilin V. P., Salimov R. V., Tikhonov R. I. An efficient vector finite element method for full-wave electromagnetic field simulation (Эффективный метод векторных конечных элементов для моделирования волновых электромагнитных полей).

Proc. of 40-th annual int. microwave power symp. IMPI, 2006, p. 179-183.

10. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Сравнительный анализ результатов моделирования антенны сотового телефона различными программными средствами. // Труды конференции, посвященной Дню радио, Изд-во СПбГЭТУ, 2008, с. 28.

11. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Моделирование микроволновых телекоммуникационных устройств и антенн методом векторных конечных элементов. // Материалы 18-й международной конференции "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь: Вебер, 2008, т. 1, с. 433 – 435.

12. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Расчет поля и параметров антенн сотовых телефонов. // Материалы 8-й международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Саратов: Изд-во СГТУ, 2008, с. 243 – 249.

13. Григорьев А. Д., Салимов Р. В., Тихонов Р. И. Сравнительный анализ результатов моделирования антенн сотовых телефонов. Материалы научн.-техн. семинара "Инновационные разработки в СВЧ технике и электронике". СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, с. 16-17, 2008.

Подписано в печать.11.2009 г. Формат 60х84/Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО "КопиСервис" Печать ризографическая. Заказ № 1/П. л. 1.0. тираж 100 экз.

ЗАО "КопиСервис" Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. Тел. (812) 327-

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»