Моделирование радиопоглощающей поверхности с фиксироваными размерами в emCoS Antenna VirtualLab
2.1 Обзор программы
Проблемная часть исследований РПМ на основе метаматериала представляет моделирование их электродинамических свойств с учетом краевых эффектов подложки, взаимодействия SRR в решетке. Для этого целесообразно применять специальное программное обеспечение, позволяющее моделировать РПМ с отрицательными значениями магнитной и диэлектрической проницаемостями. По методам анализа программы делятся на две основные группы – использующие метод конечных элементов и метод моментов. Примером первого метода является программа Ansys ansoft HFSS.
В отличии от HFSS, вычислительное ядро EMCoS Antenna VirtualLab компании EMCoS на основе численных решений уравнений Максвелла, базирующееся на методе частотных моментов, позволяет решать две важные задачи: детальный анализ характеристик РПМ на основе метаматериала и оптимизацию геометрических характеристик РПМ по заданным исходным электрофизическим свойствам. Основным преимуществом метода частотных моментов является способность рассчитать характеристики электромагнитных устройств в широком диапазоне частот со сколь угодно высокой разрешающей способностью по частоте, в результате чего снижается вероятность потери острых резонансных пиков, что актуально в связи с узкополосностью РПМ.
Интерфейс программы разбит на 4 поэтапные вкладки (рисунок 6):
Geometry;
Model;
Mesh;
Post Processing.
Рисунок 6 – Меню вкладок.
Первым этапом создаётся геометрическая форма модели во вкладке «Geometry» (рисунок 7).
Рисунок 7 – Вкладка «Geometry».
Структуры представляют собой как одномерные проволочные элементы, двухмерные плоскости и трёхмерные тела. В случае необходимости, программа поддерживает импорт 3D файлов сторонних программ 3D моделирования, что открывает бесконечное множество вариаций форм.
Определившись с выбором объекта, нужно перейти на следующую вкладку «Model» (рисунок 8). В открывшемся окне (рисунок) мы задаём электродинамические характеристики геометрическим фигурам, добавляем, излучающие элементы, задаём поля ближней и дальней зон.
Рисунок 8 – Вкладка «Model».
Следующим этапом, мы должны задать разрешающую способность вычислений во вкладке «Mesh» (рисунок 9). Вся модель разбивается на треугольные участки, в каждом из которых проводятся решения на основе численных решений уравнений Максвелла. В случае ошибки автоматического построения и возникновения пересечения треугольников в каком-то участке, существует ручное редактирование треугольников.
Рисунок 9 – Вкладка «Mesh»
В последней вкладке «Post Processing» (рисунок 10) проводятся вычисления, построение и анализ как двухмерных, так и трёхмерных графиков. Существует возможность экспорта полученных данных в другие форматы, для более удобного сравнения и обработки.
Рисунок 10 – Вкладка «Geometry».
Для того, что бы задать параметры вычисления, нужно открыть окно «Calculation Task» (рисунок 11) в котором можно задать диапазон и шаг частот, при которых будут проходить вычисления.
Рисунок 11 – Вкладка «Post Processing»
За основу был взят поляризационно усиленный поглощающий метаматериал с широким падающим углом. [18]