четверг, 9 августа 2018 г.

Электродинамика в COMSOL (Радиочастоты)

   В последнее время часто вижу статьи и другие информационные материалы, посвященные моделированию в COMSOL (в т.ч. модуль Радиочастоты). Не могу сказать, что я как-то слежу за развитием этой САПР, но когда попадаются интересные материалы, хочется поделиться ими. Возможно, кому-то это будет полезно или просто интересно.
   Сегодня мне попалась на глаза интересная статья на Хабре (думаю, многим знаком этот ресурс) - Численный анализ эффективной площади рассеяния в двумерной осесимметричной постановке. Внутри самой статьи есть ряд интересных и полезных ссылок (например, Моделирование металлических объектов в волновых электромагнитных задачах). Попутно я вспомнил, что в последнее время ряд материалов, посвященных COMSOL, был подготовленн Курушиным А.А. - Решение мультифизических СВЧ задач с помощью САПР COMSOL (часть 1, часть 2); Расчет теплового поля в биологических объектах под воздействием СВЧ излучения (часть 1, часть 2, часть 3). Кстати, во втором материале рассматривается не только COMSOL, но и CST Studio Suite.

   На этом у меня пока все :) Если есть что добавить, то пишите.
   Как всегда, надеюсь, что было интересно.

вторник, 7 августа 2018 г.

Зачем нужна диаграмма Вольперта — Смита?

У меня сложилось такое впечатление, что в ВУЗах перестали объяснять будущим радиоинженерам что такое диаграмма Вольперта — Смита и зачем она нужна (кстати, когда я учился мне тоже не объяснили что это, для чего нужно и как может быть использовано). На учебную программу повлиять я не могу и поэтому поделюсь некоторой информацией здесь.
Начало положено, т.к. прочитав название публикации вы знаете, что такая диаграмма существует :) Это уже хорошо.
С чего все начиналось:
"С целью облегчения труда радиоконструктора при разработке усилителей радиочастоты  в 1937  г.  сотрудник  компании Bell Lab  Ф.  Смит (P.H. Smith) разработал  мощный графический  инструмент.  Математическую  основу разработанной  им  диаграммы составляло  билинейное  преобразование бесконечной  комплексной  прямоугольной  плоскости  в  круг,  полученное сотрудниками компании  Е. B. Ferrell и J. W. McRae. Материалы, посвященные диаграмме, впервые были опубликованы в 1939 г. Диаграмма Смита остается одним  из  наиболее  полезных  графических  инструментов  для  разработки 
высокочастотных усилительных каскадов.  
В  нашей  стране  аналогичная  диаграмма  известна  как  круговая номограмма  А.  Р.  Вольперта,  который  в 1939  г.  независимо  от  Смита разработал  и  применил  ее  для  пересчёта  проводимостей  и  сопротивлений  в отрезках линий передачи." (источник "Диаграмма Вольперта – Смита. Расчет и анализ  характеристик усилителей радиосигналов").
Диаграмма Вольперта — Смита может быть использована при решении таких задач, как:
1. Расчёт коэффициента отражения по известному комплексному сопротивлению
2. Расчёт коэффициента отражения и сопротивления линии в произвольном сечении
3. Расчёт расстояния от нагрузки до произвольного сечения с заданным значением коэффициента отражения
4. Расчёт коэффициента стоячей волны и коэффициента бегущей волны
5. Определение проводимости по заданному сопротивлению
6. Согласование импедансов с помощью круговой диаграммы
7. Анализ устойчивости по круговой диаграмме (а также некоторых других задач).
Ознакомиться с примерами решения ряда задач можно в материале "Диаграмма Вольперта – Смита. Расчет и анализ  характеристик усилителей радиосигналов", а так же, например, в статьях "Диаграмма Смита", "Согласование в высокочастотных электронных устройствах".
Много полезной информации и примеров решения задач есть в книге А.А. Курушина, "Проектирование  СВЧ  устройств  с использованием  электронной диаграммы Смита".
Помимо информационных материалов в сети можно скачать электронную диаграмму Смита для различных ОС - например, Windows (поищите на странице ссылку на Smith v 2.02) или Android.

Надеюсь, было полезно.

вторник, 10 июля 2018 г.

Новая (старая?) книга Курушина А.А. "Проектирование СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE"

И снова здравствуйте! :)
На сайте издательства Солон-Пресс появилась книга Курушина А.А. "Проектирование СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE". С одной стороны, меня это радует, т.к. подобная литература всегда востребована не только в учебных целях (для студентов), но и как справочное пособие (для инженеров, преподавателей). Книга свежая, 2018 года, а если судить по оглавлению, то достаточно информативная, охватывающая большое количество интересных тем:

Глава 1. Общая характеристика CST     

1.2. Интерфейс программы CST Microwave Studio     

1.3. Черчение конструкции модели     

1.4. Группировка объектов по компонентам   

1.5. Просмотр конструкции         

1.6. Геометрические преобразования   

1.7. Использование логических операций         

1.8. Выбор точек, граней или сторон модели   

1.9. Скругление и срезание граней         

1.10. Экструзия и вращение плоскости 

1.11. Локальные системы координат     

1.12. Хронология создания модели         

1.13. Создание искривленных линий     

1.14. Импорт конструкций в модель       

1.15. Задание свойств материалов

1.16. Источники возбуждения     

Глава 2. Численные методы расчета       

2.1. Метод конечных разностей во временной области

2.2. Метод конечного интегрирования   

2.2.1. Аппроксимация искривленных границ   

2.2.2. Иерархическая схема нанесения подсетки         

Глава 3. Моделирование и оптимизация  коаксиального поворота   

3.1. Запуск CST MWS       

3.2. Задание единиц

3.3. Определение материала окружения 

3.4. Черчение модели структуры 

3.5. Задание портов

3.6. Задание граничных условий и границ симметрии 

3.7. Задание диапазона частот     

3.8. Просмотр сетки разбиения   

3.9. Запуск на моделирование     

3.10. Анализ типов волн в порту 

3.11. Анализ электромагнитного поля на различных частотах

3.12. Параметризация структуры 

3.13. Оптимизация 

3.14. Результаты расчетов во временной и частотной областях         

Глава 4. Анализ волноводного Т-моста 

4.1. Черчение первого параллелепипеда

4.2. Черчение второго параллелепипеда 

4.3. Черчение третьего параллелепипеда

4.4. Создание волноводных портов         

4.5. Задание диапазон частот анализа     

4.6. Результаты расчета     

Глава 5. Круглая рупорная антенна       

5.1. Черчение антенны     

5.2. Установка порта и его параметров   

5.3. Задание граничных условий 

5.4. Установка пробников и мониторов поля   

5.5. Запуск на решение     

Глава 6. Моделирование наноструктуры  в оптическом диапазоне частот 

6.1. Падение плоской волны на границу раздела двух сред   

6.2. Падение плоской волны под произвольным углом

6.3. Падение плоской волны на диэлектрическое полупространство

Глава 7. Проектирование антенной решетки     

7.1. Диаграмма направленности эквидистантной  антенной решетки

7.2. Условие существования одного главного лепестка

7.3. Учет взаимного влияния элементов антенной решетки   

7.4. Расчет бесконечной антенной решетки     

Глава 8. Расчет удельной мощности поглощения         

8.1. Определение и расчет SAR   

8.2. Анализ антенной структуры сотового телефона   

8.3. Расчет SAR в простейшем БО

8.4. Характеристики антенной структуры вблизи БО 

8.5. Расчет SAR с использованием биологической модели  тела человека   

8.5.1 Импорт объемной модели Voxel   

8.6. Черчение вибраторной антенны       

8.7. Расчет температурного распределения       

Глава 9. Расчет температурного распределения в радиаторе микросхемы   

9.1. Теоретические основы расчета распространения тепла   

9.2. Граничные условия   

9.3. Пример расчета тепла в микросхеме

9.4. Черчение радиатора   

Глава 10. Моделирование магнетрона   

10.1. Черчение магнетрона

10.2. Задание потенциалов на электродах и тока в катушке   

10.3. Задание граничных условий

10.4. Задание источника частиц 

10.5. Запуск расчета

10.6. Анализ результатов 

Глава 11. Моделирование низкочастотного трансформатора 

11.1. Запуск CST EM STUDIO     

11.2. Черчение корпуса трансформатора

11.3. Черчение катушек   

11.4. Граничные условия в трансформаторе     

11.5. Разбиение структуры трансформатора на сетку 

11.6. Расчет магнитостатического поля 

11.7. Анализ результатов тетраэдрального солвера     

Глава 12. Расчет следов частиц в резонаторе   

12.1. Моделируемая структура   

12.2. Рассчитываемые характеристики   

12.3. Запуск CST PARTICLE STUDIO     

12.4. Черчение структуры 

12.5. Описание источника пучка частиц

12.6. Задание границ и условий симметрии     

12.7. Сетка разбиения на элементы пространства       

12.8. Запуск моделирования         

12.9. Анализ полученных результатов   

Глава 13. Моделирование изолятора     

13.1. Создание структуры изолятора     

13.2. Создание масляного бокса изолятора       

13.3. Установки программы на решение

Глава 14. Расчет мультипакции   

14.1. Черчение волноводного ступенчатого фильтра   

14.2. Описание материала фильтра         

14.4. Модель отраженных эластичных (упругих) электронов

14.5. Монитор частиц       

Глава 15. Моделирование электровакуумных  СВЧ приборов

15.1. Черчение коллектора

15.2. Задание потенциалов на электродах         

15.3. Установка граничных условий       

Глава 16. Расчет ферритового циркулятора       

16.1. Модель феррита       

16.2. Ферритовый циркулятор     

16.3. Создание портов       

16.4. Результаты расчета   

Глава 17. Циркулятор с магнитным смещением

17.2. Черчение циркулятора         

17.3. Решение магнитостатической задачи       

17.3. Установка граничных условий в циркуляторе     

17.4. Установки на решение         

17.5. Вывод частотных характеристик циркулятора   

Глава 18. Моделирование структур в оптическом диапазоне частот

18.2. Модель Друде

18.3. Создание наноповерхности 

18.4. Моделирование поверхности в оптическом диапазоне волн     

Видно, что рассмотрены основы работы с САПР, описаны базовые принципы применяемых методов расчета, а так же приведено множество примеров, в которых рассматривается решение задач из различных областей науки и техники. 
Похоже, что книга представляет собой компиляцию ряда работ, вышедших в предыдущие годы (о некоторых я писал): 

1. "Школа проектирования СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE", 2014 год (часть 1, часть 2);

2. "Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio", 2011 год;

3. "Моделирование мощных СВЧ приборов с помощью программы CST Particle Studio", 2018 год (часть 1, часть 2);

4. "Расчет теплового поля в биологических объектах под воздействием СВЧ излучения", 2015 год (часть 1, часть 2, часть 3)

В общем, работа солидная. Вот только покупать эту книгу несколько боязно. И не из-за цены (цена приемлемая), а вот почему: некоторое время назад я приобрел книгу, выпущенную Солон-Пресс "Электродинамика для пользователей САПР СВЧ", 2017 год. (Если кому-то интересно, то можно ознакомиться с электронным вариантом издания 2008 года). Так вот, качество этой книги оставляет желать лучшего...

В книге есть некорректная и устаревшая информация:

(Например, в этой таблице в нижней строке указан Microwave Office, в то время, когда для электродинамических расчетов планарных структур методом моментов (MoM) в AWR DE используются модули EMSight или AXIEM, о которых нет ни слова. Так же нет никакой информации о модуле, который реализует метод конечных элементов в частотной области - ANALYST. Напомню, что книга называется "Электродинамика для пользователей САПР СВЧ" и вышла она в 2017 году, когда эти модули уже были доступны пользователям. Также нет ни слова о такой интересной технологии, как ACE - automatic circuit extraction technology for interconnect modeling).

Есть "неаккуратности", связанные с оформлением и версткой книги:

(Тут видно, например, что шрифт формул внезапно стал меньше).

У меня сложилось впечатление, что просто перепечатали книгу 2008 года. При этом ее никто не дополнял и не корректировал. На мой взгляд, издательству должно было быть стыдно выпускать подобное в тираж.
В общем, это приобретение стало для меня полным разочарованием. Действительно, лучше бы довольствовался электронной версией 2008 года :( 
И теперь есть опасение, что новая книга, представляющая собой компиляцию работ разных лет, будет выглядеть аналогично.
Возможно, конечно, что я сгущаю краски. Но очень бы хотелось увидеть хотя бы ознакомительный фрагмент этой книги или познакомиться с отзывами людей, уже купивших ее. Если у вас есть эта книга, то поделитесь пожалуйста своими впечатлениями (О какой версии CST Studio Suite идет речь в книге? Насколько корректно дана информация?).

суббота, 7 июля 2018 г.

Мобильные телефоны, Nokia и APLAC

   Прочитал на сайте популярной механики статью "10 самых продаваемых телефонов за всю историю", где 8 из 10 телефонов это телефоны фирмы Nokia. Думаю, немногие задумывались о том, что мобильные телефоны - это результат труда множества специалистов, работающих в разных областях науки и техники. И, скажем так, наследие Nokia гораздо более значимо, чем просто модели сотовых телефонов, проданные сотнями миллионами экземпляров. 
  Это, например, такая САПР, как APLAC, которая была разработана в 1988 г. профессором Хельсинкского университета Мартти Валтоненом, а затем доработана сотрудниками лаборатории теории цепей этого университета совместно со специалистами Nokia Research Center и Nokia Mobile Phones. САПР предназначена для проектирования и моделирования электрических схем и систем во временной и частотной областях. В состав этих схем и систем могут входить как цифровые, так и аналоговые компоненты, в том числе устройства диапазона СВЧ (источник).
  На данный момент времени APLAC в том или ином виде входит в состав таких САПР, как AWR DE и CST Studio Suite
   Как видите, вклад в развитие современного мира более значимый, чем просто производство абонентских терминалов сотовой связи (ака мобильники :) ). 

вторник, 3 июля 2018 г.

Модуляция и формирование сигналов с помощью генераторов сигналов

Небольшой ликбез на тему "Модуляция и формирование сигналов с помощью генераторов сигналов" от российского представительства Rohde&Schwarz. Коротко и по делу: типы генераторов, их основные характеристики, методы модуляции и даже... упражнения (для тех, кто хочет озадачить студентов, например :) ).

Думаю, пригодится.

среда, 27 июня 2018 г.

Юбилейный "Клуб радиоинженеров" и открытие нового офиса Rohde & Schwarz

Сегодня состоялось сотое собрание "Клуба радиоинженеров" - формата общения, в рамках которого российское представительство R&S предоставляет возможность личного и дистанционного взаимодействия профессионалов в области измерительного оборудования и радиокоммуникаций, желающих поделиться с коллегами знаниями и наработанным опытом, а так же узнать что-то новое в области измерительного оборудования, техник проведения измерений, пообщаться с инженерами тех.поддержки. И это юбилейное собрание клуба совпало с официальным открытием нового офиса российского представительства Rohde & Schwarz в Москве. На открытии офиса присутствовали главы совета директоров R&S.



Мероприятие прошло в приятной дружеской атмосфере: разрезали красную ленточку; участникам "Клуба радиоинженеров" подарили памятные сувениры с логотипом R&S. В общем, все прошло очень мило :)

Вел заседание клуба Владимир Задерейко.



Если вы внимательно посмотрите на фото, то увидите книги, о которых я уже неоднократно писал и которые можно было получить абсолютно безвозмездно, т.е. даром :)
Хочу сказать большое спасибо коллегам из R&S, что пригласили на свое торжество! Честно, очень приятно :) Хочется пожелать, чтобы на новом месте было хорошо и уютно ;)

Но, на мой взгляд, не это самое интересное :) Если вы прошли по ссылке, опубликованной в самом начале поста, то увидели, что собрание "Клуба" было посвящено теме "Решения R&S по измерениям в свободном пространстве, от теории к практике". Эту часть вел руководитель группы технической поддержки - Пивак Алексей Вячеславович.


И вел, надо сказать, очень интересно :)  Помимо презентаций, посвященных различным решениям в области, скажем так, бесконтактных измерений (датчики мощности с интегрированной ШП антенной; стенд для измерения свойств обтекателей автомобильных радаров на диапазон 77 ГГц), был представлен стенд для измерения параметров материалов,



а так же стенд для антенных измерений, который вызвал наибольший интерес у всех участников клуба :)



Лично я ждал этого события с начала этого года :) Надеюсь, что тема антенных измерений будет развиваться и совершенствоваться и все желающие смогут получить возможность поработать с этим стендом (конечно, под чутким руководством специалистов R&S :) ). На текущий момент времени стенд находится в состоянии наладки-настройки, но уже сейчас выдает вполне адекватные результаты. Большое уважение я хочу высказать команде специалистов (под руководством Алексея Вячеславовича), которые настраивали стенд для антенных измерений в течение нескольких недель, проводя за работой время с утра и до позднего вечера.

Еще есть видео работы антенного стенда




На этом у меня пока все. Надеюсь, было интересно :)