Вопросы по MWO, Как создать топологический элемент? Опции

[SergR]

1. Возможно ли создавать топологические элементы? (типа MLIN)
2. Возможно ли учитывать в схематике крышу? (метал сверху)

[logmaster]

Давайте сядем и спокойно разберемся

Во-первых, и Sonnet и MWO представляют собой симуляторы, в которых поля в полубесконечном пространстве моделируются с помощью внутренних полей в достаточно большом полом металлическом резонаторе.

Во-вторых, матрицы проводимостей (а именно они являются конечными результатами анализа) на концевых (пристеночных) портах подвергаются операции deembedding, то есть пересчету к базисным плоскостям, которые разработчик размещает в нужных местах.

Первое обстоятельство (моделирование закрытой структуры) приводит к тому, что всякие вариантные граничные условия на верхней и нижнй крышках являются сильно приближенными и представляют собой всего лишь этакие костыли, позволяющие рассчитывать входные импедансы печатных антенн. Я уже писал о проблемах MWO с расчетами диаграмм направленности (см здесь). В нашей ситуации (короткая 2 x 1 мм линия и 4 мм высота крышки) ошибки из-за 120*PI нагрузок слишком велики и уводят практически единичный коэффициент за пределы физической реализуемости.
Подчеркиваю, что это одинаково справедливо для Sonnet и EMSight, поэтому графики |S21| на рис 1. одинаково вылезают вверх за 0 дБ для обеих программ. Результаты в MWO и в EMSight очень близки (что и не удивительно, поскольку внутри у них одно и то же), посему вряд ли стоит говорить о преимуществах Sonnet (кроме диэлектрических блоков). Даже криволинейные структуры (а их я посчитал немало), которые в Сонете можно анализировать с помощью треугольных краевых базисных функций, практически не отличаются от рассчитанных в MWO, не имеющем таких функций. На рис.2 приведены результаты с идеально проводящей (PEC) крышкой и PEC линией, а также с линией из золота. Бокс в этих случаях 10х10 мм, толщина проводника полмикрона.
Видно, что с законом сохранения энергии теперь все в порядке, правда, выбросы на графиках ничего хорошего не сулят, но об этом ниже.

Вывод: никогда (за исключением антенных задач) не пользуйтесь никакими другими граничными условиями на крышках, кроме идеально проводящих. Достаточная высота крышки (и с этим параметром нужно поэкспериментировать) обеспечивает хорошую имитацию полуоткрытого пространства.

Второе обстоятельство (обязательный deembedding) приводит к тому, что оба симулятора (EMSight и Sonnet) дают результаты, зависящие от положения боковых стенок, если длина подводящей линии кратна половине длины волны (в линии) на какой-то частоте рабочего диапазона. На частотных характеристиках появляются выбросы и результаты обоих симуляторов становятся недостоверными. Нужно провести серию расчетов, перемещая крышки внутрь и наружу. В нашем примере Х-размер 6 мм и Y-размер 4 мм дают гладкую частотную зависимость S21 (см рис. 3). То, что боковые стенки слишком близки, в нашем случае не страшно. Помните, что истинный размер подложки не играет никакой роли - мы всегда имитируем бесконечную по X и Y подложку (без учета поверхностных и вытекающих волн), поэтому не нужно обязательно задавать размеры резонатора равными размерам подложки.
При наличии связанных линий положение параллельных боковых стенок влияет на дальнюю связь, так что в этих случаях со сближением боковых стенок нужно быть осторожным.
Конечно, бывает так, что спецификация проекта требует поместить схему в слишком большой проводящий корпус, в котором могут возбуждаться высшие гармоники. В этом случае анализ в EMSight и Sonnet вообще приведет к принципиальным ошибкам.

Всегда можно проконтролировать разумность результатов анализа отрезков длинных линий с помошью моделей. MWO их имеет много, причем можно использовать, скажем, аналитическую MLIN и основанную на методе моментов GM1LN.
На Рис. 3 приведены сравнительные результаты моделирования MLIN, GM1LIN и EMSight с длиной подложки 6 мм и шириной 4 мм. Размер ячейки по X и по Y всегда 0.1 мм.

Вывод: как EMSight, так и Sonnet из-за указанных выше особенностей требуют к себе повышенного внимание и постоянного контроля результатов с помощью моделей и других EM симуляторов. Зато затраты времени окупаются возможностью анализировать весь проект в рамках только одной программы, то есть MWO. На мой взгляд, это неплохо.

optimizer

Насчет скорости EMSight в MWO 2004: есть такое дело в популярной в народе версии 6.51. Что-там напортачили наши коллеги. Скорость счета действительно раза в четыре ниже, чем в версии от 2002 года. Но вот мне удалось заполучить свежую (trial) версию 6.53, так там эксперимент показал увеличение скорости в два раза по сравнению в версией от 2002 года. Нужно еще поэкспериментировать, но вроде бы стало хорошо. Поблема за малым – как уговорить эту версию еще маленько потрудиться на благо народа

[optimizer]

logmaster

Спасибо, за обстоятельный ответ.

В последнее время я неоднократно обсчитывал в EM-симуляторах (EMSight и Ansoft Designer) характеристики реальных планарных структур. Некоторые из них были смонтированы в корпусах, остальные измерялись в контактном устройстве на HP анализаторе цепей.
Практически во всех случаях наилучшее совпадение достигалось при задании размеров подложки при расчете, соответствующих реальным (но не размеру корпуса, который мог быть больше). Конечно, имели место какие-то выбросы за пределами рабочей полосы частот, но в целом, интегральное совпадение (субъективная оценка) при этом было выше в обоих симуляторах.
Ansoft Designer показался мне удобнее. Не надо мучаться с подгонкой топологии под сетку, с выводом портов и т.д. Считает он сложную топологию обычно быстрее и точнее чем MWO (особенно для сильно связанных линий), графики выводит в процессе счета. Всегда можно вывести рассчитанную матрицу и воткнуть ее куда угодно, например, в тот же MWO. А как Ваше мнение?

[logmaster]

logmaster

Спасибо, за обстоятельный ответ.

В последнее время я неоднократно обсчитывал в EM-симуляторах (EMSight и Ansoft Designer) характеристики реальных планарных структур. Некоторые из них были смонтированы в корпусах, остальные измерялись в контактном устройстве на HP анализаторе цепей.
Практически во всех случаях наилучшее совпадение достигалось при задании размеров подложки при расчете, соответствующих реальным (но не размеру корпуса, который мог быть больше). Конечно, имели место какие-то выбросы за пределами рабочей полосы частот, но в целом, интегральное совпадение (субъективная оценка) при этом было выше в обоих симуляторах.
Ansoft Designer показался мне удобнее. Не надо мучаться с подгонкой топологии под сетку, с выводом портов и т.д. Считает он сложную топологию обычно быстрее и точнее чем MWO (особенно для сильно связанных линий), графики выводит в процессе счета. Всегда можно вывести рассчитанную матрицу и воткнуть ее куда угодно, например, в тот же MWO. А как Ваше мнение?

Хм, я работаю с MWO уже много лет, а Ansoft помню еще по SuperCompact и затем по Serenade. Никаких положительных эмоций, кроме мучений с интерфейсом, не припомню - разве что чувство глубокого уважения к сединам :-). Вот EM симулятор - это должно быть неплохо - для того, кто имеет привык к интерфейсу. Я пробовал изредка - оттого и не привык.

А теперь они скопировали интерфейс с MWO, что ж, их дело. Но в глубине это та же песня, та же серенада. И что же, у них сильно связанные линии считаются точнее, чем в MWO? И даже с лицевой связью? И в произвольном месте диэлектрической многослойки? А толщина проводника? А как насчет зазора меньшего, чем толщина? А над полупроводящим кремнием?
Какие модели вы использовали? Я бы не прочь попробовать, вот только вдохновиться нужно :-). И где критерии точности для толстых проводников на высоких частотах?
Насчет вывода матриц: вон там, внизу, в проектной панели MWO есть Output Files. Щелкните правой кнопкой и взгляните на выпадающее меню.

А вообще-то чем больше возможностей для сравнения, тем лучше. Нужно пробовать и то и другое, но внимательно смотреть на метод, стоящий за каждой моделью - что это, аппроксимационно-аналитическая модель или численное решение хотя бы квазистатической задачи? Меня прежде всего волнует проблема адекватного учета толщины проводника при малых зазорах - это я нахожу в MWO.