Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Компьютерное моделирование электромагнитных полей

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 165 RSS
  Январь 2005   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://sites.google.com/site/komputernoemodelirovanie/
Открыта: 12-01-2005

Автор
Александр Бровко

Статистика

165 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Компьютерное моделирование электромагнитных полей


Информационный Канал Subscribe.Ru

Здравствуйте, уважаемые подписчики!

С вами ведущий рассылки Александр Бровко. Сегодня в выпуске представлен краткий обзор существующих на сегодняшний день коммерческих программ компьютерного моделирования трехмерных электромагнитных систем. 

Если говорить о методах моделирования, на которых реализованы современные программы, то основными инструментами моделирования электромагнитных полей являются метод конечных элементов и метод конечных разностей. Оба метода используются в двух вариантах:

1)      моделирование гармонических полей на фиксированной частоте (в этом случае говорят, что это методы в частотной области; английские термины: Finite-Difference in Frequency Domain и Finite Element Method);

2)      моделирование полей, зависящих от времени (методы во временной области; Finite-Difference in Time Domain и Finite Element in Time Domain).

Особенностью первой группы методов является возбуждение моделируемой системы монохроматическим сигналом. Это дает определенные преимущества при исследовании систем с дисперсией, то есть с зависимостью свойств материалов, составляющих систему, от частоты. Но с другой стороны, в этих методах сложнее учесть нелинейность параметров используемых материалов, и кроме того, разработчикам программ приходится прилагать дополнительные усилия для того, чтобы программа могла дать результаты хотя бы при нескольких значениях частоты, проведя лишь однократное моделирование системы. С увеличением числа используемых конечных элементов или конечноразностных ячеек затраты вычислительных ресурсов (оперативной памяти ЭВМ и времени счета) возрастают либо квадратично (для лучших программ этого класса), либо кубически (для программ среднего качества).

В методах второй группы исследуемая электромагнитная система возбуждается волновым пакетом в некоторой полосе частот, и поэтому здесь есть возможность получить результаты для всех точек заданного частотного диапазона, проведя моделирование системы лишь один раз. В этих методах сложнее учесть дисперсию свойств материалов, но зато несколько проще учесть их нелинейность. Весьма привлекательной особенностью этих методов является то, что с увеличением числа используемых конечных элементов или конечноразностных ячеек затраты вычислительных ресурсов возрастают линейно.

Самым известным пакетом электромагнитного моделирования, построенным на методе конечных элементов, безусловно, является пакет HFSS компании Ansoft (http://www.ansoft.com).  Кроме того, метод конечных элементов используется в пакете ANSYS/EMAG (http://www.ansys.ru) немецкой компании CADFEM и в пакете FEMLAB шведской компании COMSOL (http://www.comsol.com). Если пакеты HFSS и ANSYS/EMAG являются рабочими инструментами разработчиков электромагнитных устройств, то пакет FEMLAB, работающий в среде MATLAB, ориентирован, скорее, на разработчиков программного обеспечения для электромагнитного моделирования. В пакете FEMLAB удобно тестировать новые концепции, новые модификации метода конечных элементов; пакет предоставляет для этого всю необходимую инфраструктуру – генераторы конечноэлементных сеток, средства визуализации сеток и получаемых решений, средства быстрого программирования управляющих уравнений и т.д. Несомненным преимуществом пакета является возможность работы с мультифизическими процессами, то есть такими, в которых задействованы уравнения из разных областей физики (например, уравнения, описывающие распространение электромагнитных волн и теплоперенос), которые следует решать одновременно. Однако для разработчиков «железа» пакет FEMLAB, скорее всего, не подойдет. Дело в том, что при разработке конкретного электромагнитного устройства нужно не только провести конечноэлементное моделирование системы, но и получить по результатам моделирования набор выходных характеристик, понятных разработчику. Если в специализированных пакетах, таких как HFSS, вычисление всех необходимых характеристик системы уже «зашито» в программу и предоставлено пользователю через удобный интерфейс, то при использовании пакета FEMLAB придется немало потрудиться, чтобы заставить программу по результатам моделирования полей посчитать еще и некоторые интегральные их характеристики (например, матрицу рассеяния системы).

Метод конечных разностей используется в следующих программных пакетах:

1)      Пакет QuickWave-3D польской компании QWED (http://qwed.com.pl). У сайта компании существует русскоязычная страница, поддерживаемая ведущим настоящей рассылки (http://www.intercom.ru/quickwave3d). Этот пакет распространяется также английской компанией Vector Fields (http://www.vectorfields.com) под именем CONCERTO.

2)       Пакет Microwave Studio немецкой компании CST (http://www.cst.de). 

3)      Пакет FIDELITY компании Zeland Software (http://www.zeland.com).

4)      Пакет XFDTD компании Remcom (http://www.remcom.com).

Разработчикам первых трех из перечисленных пакетов удалось решить одну из основных проблем применения метода конечных разностей – избежать ступенчатой аппроксимации криволинейных поверхностей. Дело в том, что если программа работает с прямоугольной сеткой, то для достаточно точного описания криволинейных поверхностей сетку приходится делать очень густой, что приводит к значительным затратам вычислительных ресурсов, и даже делает невозможным расчет некоторых устройств на персональных компьютерах. Разработчики пакетов QuickWave-3D, Microwave Studio и FIDELITY применили в своих программах различного вида конформные преобразования конечноразностных ячеек, что обеспечило возможность достаточно гладкой аппроксимации криволинейных границ даже на крупных сетках.

Среди других методов, используемых в программах электромагнитного моделирования, стоит отметить метод линий передачи (Transmission Line Method) и метод моментов (Method  of  Moments), которые также в ряде случаев способны дать неплохие результаты для трехмерных электромагнитных систем. На методе линий реализован, в частности, пакет MEFiSTo компании Faustus (http://www.faustcorp.com).

Если говорить о стоимости перечисленных программных пакетов, то она сильно зависит от конфигурации, которую приобретает пользователь. Коммерческая стоимость колеблется от 10 до 70 тысяч долларов. Для университетов, как правило, предоставляются серьезные скидки. Стандартная скидка для университетов – 50%. При наличии веских аргументов и таланта переговорщика можно получить еще большую скидку. Однако программа, приобретенная для университета, официально может использоваться только для образовательных (или, редко, научных) целей. Компания-разработчик, скорее всего, потребует гарантий, что программа, приобретенная на университет, не будет использоваться для коммерческих расчетов.

В последующих выпусках рассылки перечисленные программные пакеты будут рассмотрены более подробно.

При подготовке выпуска использованы материалы The Industrial Microwave Modeling Group (IMMG) (http://www.wpi.edu/Academics/Depts/Math/CIMS/immg/), возглавляемой Вадимом Яковлевым.

С уважением,

Ведущий рассылки Александр Бровко

mailto: brovkoav@gmail.com

http://www.intercom.ru/quickwave3d

 

http://subscribe.ru/
http://subscribe.ru/feedback/		 Подписан адрес:
Код этой рассылки: industry.soft.quickwave3d		 Отписаться
В избранное