СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2012

с помощьюHFSS и CSTMWS. Видно, что диаграммынаправленности, получен ные в программах, использующих раз личные методы расчёта, совпадают, что свидетельствует как о высокой точ ности расчёта, так и о достоверности результатов. О БСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Расчёт с помощью различных про грамм (см. рис. 9), как показывает практика, даёт разную точность. Тре буемые вычислительные ресурсы и временные затраты также отличают ся. Общих рекомендаций по выбору программы пока не выработано. Оче видно, что каждая программа опти мальна для решения своего класса за дач. Поэтому на примере расчёта ПА можно выяснить, какая программа из «большой тройки» является опти мальной для решения конкретной задачи. Для этого все временные за траты и используемые ресурсы ОЗУ были сведены в таблицу 4 для срав нения. Эксперимент показал централь ную частоту антенны как фильтра f = = 1,625 ГГц и полосу частот 122 МГц по критерию спада. Таким образом, в дан ном конкретном случае результат рас чёта с помощью HFSS оказался наи более близок к эксперименту и был получен за минимальное время, по сравнению с другими программами. Для того чтобы выбрать метод расчё та и, соответственно, программу для решения конкретной задачи, необхо димо сравнить и требуемые ресурсы (см. таблицу 4), и много других факто ров, главным образом, по результатам расчёта характеристик [5]. Например, когда в методе, работающем в частот ной области, используется более эф фективный и устойчивый алгоритм решения системы линейных уравне ний, такой подход может быть более эффективным, чем решение во вре менной области дляширокополосного анализа антенн. Помимо использова ния быстрого решающего устройства, метод расчёта в частотной области предоставляет три уникальные воз можности: ● использование разных плотностей сетки разбиения на различных час тотах, т.е. более грубой сетки на бо лее низкой частоте, чтоможет значи тельно ускорить моделирование. Напротив, плотность сетки в реше нии во временной области должна быть определена для самой высокой частоты, представляющей интерес; ● простоту организации параллель ных вычислений для широкополос ного моделирования. После созда ния сетки процессор выполняет ана логичные расчёты на различных частотах. Здесь можно использовать новый метод распараллеливания расчёта, который не рассматривает ся в статье, но прост, не требует ника коймежпроцессорной связи и очень эффективен; ● поскольку в частотной области боль шая электромагнитная задача может быть представлена модельюменьше го размера, можно последовательно рассчитать отдельные фрагменты структуры. Например, свойство ан тенны, которая первоначально ха рактеризована матрицей, имеющей порядок нескольких тысяч, может быть представлено намного мень шей матрицей, имеющей порядок нескольких десятков. Эта особен ность позволяет разработать специ альные методы, с помощью которых можно рассчитать очень большие антенные решётки. (В противном случае придётся их моделировать с миллионами или даже миллиардами степеней свободы.) Благодаря таким расширениям, методы расчёта в час тотной области останутся важными инструментальными средствамимо делирования антенн. Все рассмотренные в статье про граммы реализуют сеточные методы расчёта. Такие методы решают задачи, размер геометрии которых соизмерим с длиной волны и ограничен пример но 15 длинами волн. Чтобы увеличить размер задачи, необходимо либо при вести её к двумерному или одномер ному случаю, либо применять методы расчёта типа геометрической и физи ческой оптики, в которых часть про странства и электромагнитная вол на представлены в виде одномерного луча. Широкое внедрение в практику про ектирования электродинамических программ универсального назначения можно считать естественным процес сом развития современного подхода к проектированию антенн и СВЧ уст ройств. Аналитические методы, даже заключённые в оболочку современной программы, воспринимаются как чис ленные компьютерные расчёты. На практике важными являются и точность, и скорость расчёта. Проек тирование СВЧ структур произволь ной формы акцентирует внимание разработчика на задаче описания, вы бора и подтверждения достоверности модели. Построение достоверной мо ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2012 200 θ , град. 150 100 50 0 –50 –100 –150 –200 –12 –8 –4 0 4 8 КНД CST MWS HFSS FEKO Рис. 8. Диаграммы направленности ПА, рассчитанные с помощью программ FEKO, HFSS и CST и нанесённые на один график Таблица 4. Сравнение затрат вычислительных ресурсов при расчете ПА Требуемые ресурсы HFSS CST FEKO Время расчёта, мин 8 60 3 Используемый объём ОЗУ, Мб 200 700 56 Сетка разбиения 18 тыс. тетраэдров 12 тыс. параллелепипедов 900 треугольников Рассчитанная полоса пропускания, МГц 122 (40 точек) 133 180 (40 точек) Центральная резонансная частота, ГГц 1,625 1,6 1,62 Таблица 3. Затраты ресурсов при расчёте с помощью программы FEKO Число металлических треугольников 1786 Число диэлектрических треугольников 242 Число базисных функций МОМ 3670 Подготовка геометрии, с 0,1 Расчёт элементов матрицы, с 19,8 Решение системы линейных уравнений, с 6,8 Расчёт дальнего поля, с 5,5 Общее время решения, с 33,0 Используемый объём ОЗУ, Мб 104,3 © СТА-ПРЕСС