آموزش نرم‌افزار CST – حل‌کننده (Solver) مناسب

نرم‌افزار CST Microwave Studio انواع مختلف حل‌کننده‌ها را برای کاربردهای گوناگون ارائه می‌کند. با توجه به شرایط مساله، می‌توانید از یکی از آن‌ها استفاده کنید. این حل‌کننده‌ها عبارت‌اند از: حوزه زمان (Time Domain)، حوزه فرکانس (Frequency Domain)، مقدار ویژه (Eigenmode)، معادله انتگرالی (Integral Equation)، چندلایه (Multilayer) و نامتقارن (Asymptotic).

حل‌کننده حوزه زمان (Time Domain)

دو حل‌ کننده حوزه زمان وجود دارد که هر دو بر پایه مش بندی Hexahedral کار می‌کنند: حالت گذرا (Transient) و ماتریس خط انتقال (TLM)

این حل‌ کننده‌ها برای شبیه‌سازی ادوات فرکانس بالا مانند کانکتورها، خطوط انتقال، فیلترها، آنتن‌ها و… بسیار کارآمد هستند. به‌علاوه قابلیت شبیه‌سازی پهن باند را با یک مرحله محاسبه نیز دارند. به این صورت که با تزریق یک سیگنال حوزه زمان به ساختار که طیف آن کل پهنای باند فرکانسی را پوشش می‌دهد، معادلات را در حوزه زمان حل می‌کنند. سپس با اعمال تبدیل فوریه، نتایج را در حوزه فرکانس نمایش می‌دهند.

حل‌کننده حوزه فرکانس (Frequency Domain)

مانند حوزه زمان، وظیفه اصلی حل‌ کننده حوزه فرکانس، محاسبه ماتریس S است. با توجه به اینکه هر نمونه فرکانسی نیاز به یک معادله جدید برای حل دارد، لذا تعداد نمونه‌های فرکانسی بازمان حل مساله رابطه مستقیم دارد. بنابراین حل‌ کننده حوزه فرکانس زمانی که تعداد نمونه‌های فرکانسی کم باشد، بسیار سریع است.

برای مسایل فرکانس پایین که تعداد مش‌های متوسطی دارند، این روش بسیار کارآمد خواهد بود.

حل‌کننده مقدار ویژه (Eigenmode)

در محاسبه میدان‌های مربوط به ساختارهایی با رزونانس قوی از حل‌ کننده مقدار ویژه استفاده می‌شود. این نوع شبیه‌سازی عموما برای تعیین قطب‌های ساختار فیلتر رزونانسی مناسب است. از دیگر کاربردهای مقدار ویژه، زمانی است که از مرزهای پریودیک استفاده می‌کنیم. حل‌ کننده مقدار ویژه، مستقیما N فرکانس رزونانس ساختار و میدان‌های متناظر را محاسبه می‌کند. توجه کنید که حل‌ کننده مقدار ویژه نمی‌تواند به همراه شرایط مرزی open یا پورت‌های discrete استفاده شود.

حل‌کننده معادله انتگرالی (Integral Equation)

معادله انتگرالی برای محاسبه پارامترهای S، میدان-دور و RCS استفاده می‌شود. این حل‌ کننده برای ساختارهای بزرگ ازلحاظ الکتریکی مناسب است. در این حالت ماتریس سیستم بسیار حجیم می‌شود. معادله انتگرالی با استفاده از روش MLFMM این ماتریس را در سریع‌ترین زمان حل می‌کند. این حل‌ کننده به همراه موج صفحه‌ای و پورت گسسته قابل‌استفاده است. هم‌چنین برای آنالیز مود مشخصه می‌توان از آن استفاده کرد.

حل‌کننده چندلایه (Multilayer)

این روش یک حل‌ کننده الکترومغناطیس سه‌بعدی برای مدل‌سازی و آنالیز صفحه‌ای است که بر پایه روش ممان است. و امکان شبیه‌سازی دقیق و موثر چندلایه را فراهم می‌کند. کاربردهای معمول حل‌کننده چندلایه، در طراحی RF مانند آنتن‌ها و فیلترهای مسطح و همچنین طراحی MMIC و شبکه تغذیه مسطح است.

حل‌کننده نامتقارن (Asymptotic)

حل‌ کننده نامتقارن مکمل حل‌کننده معادله انتگرالی برای فرکانس بالاست. این حل‌ کننده از روش ردیابی اشعه (ray tracing) استفاده می‌کند که برای محاسبات پراکندگی مونو استاتیک و بای استاتیک مناسب است. همچنین برای مسایل جا نشانی آنتن در ساختارهای بسیار بزرگ ازلحاظ الکتریکی کاربرد دارد. به‌علاوه برای محاسبه RCS و میدان-دور با شرایط مرزی open نیز استفاده می‌شود.

منبع: RFplus