[Grizzly 0]

А здесь уже что-то непонятное для меня про выбор меша!

Как можно ошибиться с выбором меша в две стороны? Для меня, вроде, все просто. Чем мельче мешь (больше ячеек), тем точнее результат.

Число ячеек ограничивает только возможности ПК (размер ОЗУ) и время вычисления.

Какой смысл устанавливать меньшее число ячеек, чем позволяет ПК?

 

Выбор числа базисных функций - не такая простая задача, как вам кажется. При увеличении числа элементов, во-первых, растет вычислительная ошибка из-за увеличения числа математических операций. А во-вторых, что может быть не таким очевидным, задача может стать плохо обусловленной, тогда результат решения будет далек от истинного.

Чтобы зацело посчитать большую антенную решетку, специально проводят исследования по выбору меша. Задача должна быть решена с хорошем качеством и за приемлемое время.

 

Если усиление у вас "прыгает" в 1,5...2 раза, то это 2...3 дБ разницы. Хотя, при расчетах в CST "колеблется" в пределах 0,3...0,6 дБ. При общем усилении 10...12 дБ, такой разброс вам не сильно важен.

 

Существуют заказы, где нужно четко соблюдать требования, и такой разброс, как у вас, непримлем. Если вас устраивают такие результаты, то хорошо. По-моему, здесь как раз обсуждать нечего.

Изменено 11 мая, 2015 пользователем Grizzzly

[Redcrusader 0]

Выбор числа базисных функций - не такая простая задача, как вам кажется. При увеличении числа элементов, во-первых, растет вычислительная ошибка из-за увеличения числа математических операций. А во-вторых, что может быть не таким очевидным, задача может стать плохо обусловленной, тогда результат решения будет далек от истинного.

Чтобы зацело посчитать большую антенную решетку, специально проводят исследования по выбору меша. Задача должна быть решена с хорошем качеством и за приемлемое время.

 

Существуют заказы, где нужно четко соблюдать требования, и такой разброс, как у вас, непримлем. Если вас устраивают такие результаты, то хорошо. По-моему, здесь как раз обсуждать нечего.

Здесь я согласен с вами на 100% по выбору меша и увеличения вычислительной ошибки от сильно большого меша.

И что мешь должен быть оптимальным.

Вот, только как определить оптимальны мешь? По какому параметру?

 

Ну, такой разброс по усилению как раз можно получить из-за плохого согласования.

А CST очень хорошо показывает ДН и усиление от размеров элементарного излучателя и шага решетки во всех плоскостях.

Причем колебания значения усиления слабо зависят неточности шага решетки, если шаг выбран по теории.

В этом уCST все замечательно.

Да, здесь обсуждать нечего.

 

 

[Grizzly 0]

Здесь я согласен с вами на 100% по выбору меша и увеличения вычислительной ошибки от сильно большого меша.

И что мешь должен быть оптимальным.

Вот, только как определить оптимальны мешь? По какому параметру?

 

К сожалению, статей, описывающих какую-либо методику, я не встречал. Обычно сначала считают с крупным разбиением, затем его уменьшают до тех пор, пока S-параметры не перестают изменяться при дальнейшем незначительном уменьшении элементов разбиения. Процесс итерационный и, скорее, эмпирической.

Буду рад, если кто-то поделится умными статьями или книжками, в которых есть грамотный анализ по выбору меша.

[l1l1l1 0]

Я попытался показать, что полученная "l1l1l1, погрешность результата моделирования по сравнению с "классикой" в данном случае 0,81%" не совсем правильная.

l1l1l1 сравнивал не те цифры.

...

я сравнивал цифры, полученные вами с помощью CST, с цифрами,

полученными мной "по классике" для той же структуры, полностью приведя расчет.

какие же цифры, по вашему мнению, я должен был сравнивать? приведите их.

 

[Redcrusader 0]

я сравнивал цифры, полученные вами с помощью CST, с цифрами,

полученными мной "по классике" для той же структуры, полностью приведя расчет.

какие же цифры, по вашему мнению, я должен был сравнивать? приведите их.

Вы взяли отрезок линии.

Удлинили этот отрезок на 2*dL. Получили какую-то физическую длину.

Затем вычислили резонансную частоту для полученной физической длины.

Взяли и сравнили эту резонансную частоту с частотой полученной мною в CST для отрезка без удлинения 2*dL.

Но, CST должна "показать" исходную частоту, т.е. для отрезка без добавления 2*dL.

Т.е. CST должна "убрать" эти дополнительные 2*dL из физической длины для расчета резонанса.

 

Ведь CST это чистая электродинамика, а классика это экспериментальное подтверждение электродинамики.

[Aner 3]

При задаваемом вами эпсилон, укорочение длины разве не происходит?

[Redcrusader 0]

При задаваемом вами эпсилон, укорочение длины разве не происходит?

Конечно же все считается с учетом эпсилон эффективное.

[l1l1l1 0]

Вы взяли отрезок линии.

Удлинили этот отрезок на 2*dL. Получили какую-то физическую длину.

Затем вычислили резонансную частоту для полученной физической длины.

...

это ложь.

я взял отрезок с физической длиной 34мм, такой же, как у вас в модели CST.

затем, чтобы учесть краевую емкость на торцах полоска, я расчитал эффективное удлинение.

после этого я рассчитал эффективную длину отрезка, прибавив к физической его длине

удвоенное (два торца полоска) эффективное удлинение.

после этого рассчитал резонансную частоту.

 

так, как делал я, делает весь мир. а вы что предлагаете?

 

вы согласны с тем, что на торцах полоска есть дополнительная краевая емкость?

вы согласны с тем, что наличие дополнительной емкости на землю на торцах полоска

понижает резонансную частоту структуры?

вы согласны с тем, что вместо расчета и использования емкости при определении резонансной частоты можно использовать эффективное удлинение полоска, величина которого даёт ту же частоту?

тем более, что это эффективное удлинение удобнее в использовании, чем емкость,

поскольку практически не зависит от частоты.

 

Но, CST должна "показать" исходную частоту, т.е. для отрезка без добавления 2*dL.

Т.е. CST должна "убрать" эти дополнительные 2*dL из физической длины для расчета резонанса.

Ведь CST это чистая электродинамика, а классика это экспериментальное подтверждение электродинамики.

в модели CST никто никаких отрезков не добавлял, и убирать ей нечего.

поскольку CST сначала считает поля, а потом уже, на основании данных о полях,

получает значения коэффициентов S-матрицы и т.п., она автоматически учитывает наличие краевых полей на торцах полоска, и ей не нужны никакие дополнительные элементы, чтобы учесть краевые емкости торцов.

 

что из вышеизложенного может быть непонятно вменяемому человеку?

вы же вроде уже соглашались с наличием краевой емкости на торце, но взяли данные из таблицы Вольмана, и почему-то решили емкостью пренебречь.

а сейчас - снова "за рыбу гроши".

благодаря вашему троллингу мы ходим по кругу 8 страниц.

вы отнимаете время у занятых людей и дискредитируете наш форум,

позиционирующий себя как форум профессионалов

[l1l1l1 0]

поскольку новых данных для обсуждения пока нет, тема временно закрывается.

если у кого-либо появятся новые результаты расчетов или эксперимента,

прошу обращаться с ЛС для повторного открытия темы.

 

l1l1l1

[l1l1l1 0]

... вот здесь

E. Hammerstad. "Computer-Aided Design of Microstrip Couplers with Accurate Discontinuity Models."

1981 MTT-S International Microwave Symposium Digest 81.1 (1981 [MWSYM]): 54-56.

не только приведена оригинальная и улучшенные формулы для дельта L, но и указана их точность.

сказано, что первоначальная формула из-за особенностей использованной модели может применяться

только для сравнительно узких полосков W < 3H, то есть малоприменима как раз для патч-антенн,

а новые формулы имеют точность не хуже 0,017H, то есть 0,026 мм в нашем случае.

Computer_Aided_Designof_Microstrip_Couplers_with_Accurate_Discontinuity_Models___00025741.pdf

к сожалению, Хаммерстад в этой статье ошибался.

нет, первая его формула, использованная Баланисом, хороша для W < 3H, прежде всего своей простотой.

но вторая и третья, вроде бы улучшенные, при возрастании W имеют асимптотой линейную функцию,

дающую бесконечно большое эффективное удлинение при бесконечно большой ширине полоска,

а это противоречит физическим соображениям.

к счастью эта ошибка исправлена Киршнингом в статье

M. Kirschning, R. H. Jansen, Koster N.H.L., "Accurate model for Open End Effect of Microstrip Lines", Electronics Letters, vol. 17, 1981, No.17, pp. 123-125.

здесь зеленая кривая построена по первоначальной формуле Хаммерстада,

синяя кривая - по его "улучшенной" формуле,

а красная - по формуле Киршнинга.

эпсилон подложки 4.3.

отметим, что при значении W/H = 10, соответствующему экспериментальным данным, импользованным Хаммерстадом, красная и синяя кривые дают близкие значения.

кстати, в справке AWR по элементу MLEF, Open Microstrip Line With End Effect (Closed Form), дана ссылка на вышеуказанную статью.

в формулах Киршнинга в предпоследней строке пропущена скобка, но это не страшно, бывают ошибки похуже.

[l1l1l1 0]

как я и обещал, чтобы закрыть вопрос, приведу здесь результаты обсчета полуволнового отрезка МПЛ программами, которыми удалось это сделать (по переписке).

анализировалась одна и та же структура:

эпсилон подложки Еr = 4.3

толщина подложки Н = 1.5 мм

ширина линии W = 2.5 мм

толщина металлизации t = 0.035 мм

если программа не позволяла обойтись без крышки, то расстояние до нее бралось не менее 15 мм,

и, если была возможность, к крышке применялось граничное условие полного поглощения.

чтобы исключить влияние портов и открытых концов линии, применялись волновые порты

со сдвинутыми референсными плоскостями (deembedding)., а открытые/короткозамкнутые концы отсутствовали.

расстояние между референсными плоскостями портов - 34.0 мм

по ФЧХ структуры определялась полуволновая (180 градусов) частота.

на рисунке показана структура на примере Sonnet:

за образец для сравнения возьмем классику-схематику:

Схематика Closed Form, "классика"
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| N | Program    | Solver    | Frequency (GHz) | Error (%) |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 1 | AWR MWO    | TxLine    | 2.447           |    0      |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 2 | AWR MWO    | Schematic | 2.447           |    0      |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+

здесь ошибка нулевая не потому, что результаты абсолютно точные, а потому, что с этими результатами сравнивается всё остальное.

далее идут результаты для 2.5D-программ:

2.5D Programs, MoM
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| N | Program    | Solver    | Frequency (GHz) | Error (%) |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 1 | AWR MWO    | EMSight   | 2.455           |  +0.30    |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 2 | AWR MWO    | AXIEM     | 2.441           |  -0.25    |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 3 | Keysite ADS| Momentum  | 2.443           |  -0.16    |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 4 | Sonnet     | -         | 2.439           |  -0.33    |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+
| 5 | HyperLynx  | IE3D      | 2.436           |  -0.45    |
+---+------------+-----------+-----------------+-----------+

отметим, как кучно легли результаты (за исключением EMsight,

у которого отклонение в противоположную сторону).

 

теперь результаты трехмерных программ:

3D Program
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| N | Program    | Solver    | Details  | Frequency (GHz)| Error (%) |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| 1 | HFSS       | FEM       | NR = 16  |  2.4006        |  -1.9     |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
|   |            |           | NR = 20  |  2.4020        |  -1.8     |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| 2 | CST MWS    | TD        | NR = 10  |  2.415         |  -1.3     |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| 3 | CST MWS    | FD        | NR = 10  |  2.431         |  -0.65    |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| 4 | ADS EMpro  | FEM       | -        |  2.519  (?)    |  +2.9 (?) |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+
| 5 | MWO Analyst| FEM       | -        |         (?)    |  -3.5 (?) |
+---+------------+-----------+----------+----------------+-----------+

в графе Details указано число шагов рефайнмента.

для HFSS была сделана попытка получить максимально точное решение.

при NR = 20 время счета было в четыре раза больше, чем при NR=16, ОЗУ была использована почти вся,

но результат улучшился незначительно.

кмк, при бесконечной памяти и после бесконечного времени может быть достигнуто отклонение 1.7%. :-(

несколько лет назад в теме "Вопросы по HFSS" участник, имя которого я не запомнил,

отмечал неустранимое отклонение по частоте, даваемое HFSS, утверждал, что он разработал алгоритм FEM,

свободный от этой ошибки, и был занят его программированием.

к сожалению, результаты его мне неизвесны.

у CST MWS результаты значительно лучше, особенно порадовал Frequency Domain Solver.

его время счета благодаря небольшому эффективному мешу, тоже было невелико.

результаты для EMPro и Analyst были получены, но они совсем ненадежны.

как выяснилось, проекты создавались в ADS/MWO и прямо в этих программах

передавались на счет в EMpro/Analyst, при этом параметры солвера никак не контролировались.

 

в заключение можно сказать, что для расчета полосковых структур лучше использовать 2.5D-программы,

которые для анализа таких структур и разрабатывались.

по-видимому, 3D-программы, имеющие гораздо большую сферу применения,

для полосковых структур дают менее точные результаты, но их точность также достаточно высока.

на примере CST MWS FD можно сказать, что точноcть вполне достаточна.

 

ЗЫ. почти все программы показывают отклонение вниз резонансной частоты от результатов классики/схематики,

по-видимому, в классике/схематике не учтена дисперсия, обусловленная высшими типами волн. :-)

[Terehov 0]

как я и обещал, чтобы закрыть вопрос, приведу здесь результаты обсчета полуволнового отрезка МПЛ программами, которыми удалось это сделать (по переписке).

Работа проведена громадная, очень познавательно, спасибо. Единственно, что не совсем прозрачно, так это идентичность граничных условий. Влияние "ящика", скорее всего, одного порядка с приведенными погрешностями. 15 мм это не такое уж и большое расстояние.

[Alex_IC 0]

to |1|1|1

 

А какое количество "number of sheets" использовалось в модели толстого металла при расчетах в Sonnet? По моим экспериментам, есть существенная зависимость, правда расчеты проводил с практически квадратным сечением линии.... в приложении сравнение: 2D FEM - FEMM, 3D FEM - HFSS, 2.5D - Sonnet. Видно, что при малых значениях Ns емкость учитывается не полностью, из-за чего Zo получается более высокое.

[l1l1l1 0]

... Единственно, что не совсем прозрачно, так это идентичность граничных условий. Влияние "ящика", скорее всего, одного порядка с приведенными погрешностями. 15 мм это не такое уж и большое расстояние.

надеюсь, что граничные условия для крышки это влияние несколько нивелируют.

в ближайшем будущем проверю это для HFSS, Sonnet, EMSight.

 

 

А какое количество "number of sheets" использовалось в модели толстого металла при расчетах в Sonnet? ...

поскольку в нашей модели толщина металла мала по сравнению с шириной проводника и с толщиной подложки (t = 0.035 mm, w = 2.5 mm, h = 1.5 mm), для учета толщины металлизации в 2.5D-программах использовалась эффективная ширина проводника, рассчитанная по известной формуле.

так что Ns = 1.

[HFSS 0]

для полосковых структур дают менее точные результаты, но их точность также достаточно высока.

на примере CST MWS FD можно сказать, что точноcть вполне достаточна.

 

но если рассматривать связанные полосковые структуры, то возможно ситуация изменится. 3D станут точнее. А вообще, было б интересно проверить... но к сожалению располагаю только HFSS и студенческой CST ( да и в CST не работал с 2005 го года ))