Современная электроника №3/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 84 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Использование симулятора антенн для оптимизации планарных фильтров Рис. 1. Диаграмма направленности на частоте 12 ГГц для смоделированной в Empire XPU решётки Вивальди При использовании совместно с дополнительным программным инструментом трёхмерный симулятор электромагнитного поля IMST Empire XPU, предназначенный для расчёта конструкции антенны, можно также применять и для оптимизации планарных конструкций фильтров. В статье приводится пример совместного использования Empire XPU с программой FilterSolutions. Джеффри Кэллер (Nuhertz Technologies) , Андреас Вайн (IMST) Перевод: Александр Акулин (akulin@pcbtech.ru) В течение многих лет компания IMST занимается разработкой программно- го обеспечения для трёхмерного элек- тромагнитного моделирования. В сво- ём продукте Empire XPU компания IMST делает упор на разработку и оптими- зацию антенн. Компания Nuhertz Technologies также разрабатывает спе- циализированное программное обе- спечение, в частности FilterSolutions, для точного трёхмерного проектирова- ния и оптимизации планарных филь- тров. Эти два продукта вполне подхо- дят для совместного использования, что позволяет в полной мере реализовать преимущества обоих инструментов. Например, процесс оптимизации IMST Empire XPU EMможно использовать для оптимизации планарных конструкций, созданных с помощью FilterSolutions от фирмы Nuhertz. Разработка антенн в Empire XPU Empire XPU – это передовой 3D-симу- лятор электромагнитных полей, рабо- та которого основана на примене- нии метода конечной разности во временно ′ й области (FDTD). Дан- ный инструмент оптимизирован для эффективного использования памя- ти и достижения высочайшей произ- водительности. Его уникальное отли- чие от других решений заключается в применении инновационных алгорит- мов программного ускорения, позво- ляющих использовать всю доступную оперативную память компьютера, достигая при этом производительно- сти до 22 млрд ячеек в секунду на рабо- чей станции с двумя процессорами. Программа Empire XPU позволяет решать широкий спектр задач, напри- мер рассчитывать и моделировать пас- сивные СВЧ-компонентыи схемы, кор- пуса, волноводы и ЭМС, но основное внимание уделяется антеннамвсех раз- новидностей. Геометрия антенныи сиг- налы возбуждения быстро настраива- ются в функциональном графическом пользовательскоминтерфейсе. Алгорит- мыавтоматического создания иоптими- зации на экспертном уровне помогают пользователюподготовить окончатель- ный проект. Функции визуализации помогают получить физическое пред- ставление о происходящих в системе электромагнитных волновых явлениях. Проектирование планарных фильтров в FilterSolutions Модуль планарного проектирова- ния FilterSolutions позволяет быстро создавать планарные конструкции, оптимизированные на уровне схем с учётом внутренних потерь и паразит- ных эффектов разрыва. Панель про- екта для начинающего пользователя FilterQuick является понятной и простой в использовании, предоставляя нагляд- ную помощь для новичков. Для опыт- ных пользователей экспертный режим панели проекта обеспечивает полный доступ ко всем возможностям програм- мы для разработки сложныхфильтров. Проекты планарных фильтров могут быть экспортированы непосредствен- но в программу Empire XPU, включая стек, топологию и полную параметри- зацию, необходимые для настройки и оптимизации всех соответствующих геометрий проекта. Экспортирован- ная конструкция полностью построе- на на уравнениях, поэтому изменение отдельных параметров обновляет всю геометрию проекта для сохранения согласованности всех её частей. Настройка Empire XPU для трёхмерного моделирования антенны Моделирование антенны требует настройки граничных условий с учё- томпоглощения, а также создания про- странства для реактивного ближнего поля. Empire XPU автоматически соз- даёт подходящую среду в зависимости от желаемого частотного диапазона. Модель возбуждается в указанных портах с помощьюимпульса во временно ′ йобла- сти, охватывающего весь частотный диа- пазон. После симуляциираспределения энергиипоСВЧ-структуре модели антен- ныпрограмма извлекает её S-параметры. Расставленные пользователем монито- рыполя записывают значения поля для