Электродинамика для пользователей САПР

Общая характеристика граничных задач ЭД: типы задач, среды, источники поля,

поверхности, граничные условия.
Уравнения Максвелла и их следствия (интегральные соотношения электродинамики).
Среды: изотропные магнито-диэлектрики, анизотропные среды, гиротропные среды, металлы и их характеристики, модели сред.
Поверхности и граничные условия: стенки perfect E,H, импедансные граничные условия, стенки симметрии, RLC поверхности, поверхности излучения и т.д.
Источники поля: порты волновой и сосредоточенный, сторонние токи, падающее поле.

поверхность излучения и идеально согласованный слой (PML), параметры антенн.
Строгие методы

решения граничных задач ЭД: метод интегральных уравнений, метод конечных элементов, метод FDTD.
Асимптотические методы ЭД: методы геометрической и физической оптики, методы ГТД и ФТД. Гибридные методы ЭД.
Периодические структуры, теория Флоке, анализ бесконечных ФАР.
Особенности моделирования полосковых схем.
Применение режима eigenmode для анализа однородных и периодических линий передачи.

вошли в практику разработки радиоэлектронных устройств.
Область применения волновых процессов существенно

расширилась за счет развития систем связи, навигации, телевидения, работающих в СВЧ диапазоне.
Классические курсы Электродинамика, Антенны, СВЧ устройства не вполне адекватны современной практике разработки РЭА, т.к. в традиционном варианте они во многом ориентированы на методы решения задач и их математическую реализацию.
Все эти методы реализованы в современных системах электродинамического моделирования. Зачем их учить?
Даже простое прочтение пунктов интерфейса такой программы как HFSS показывает, что для ее эффективного использование необходимо знакомство со многими понятиями, выходящими за пределы стандартных курсов.
Если их осваивать детально, то не хватит жизни, а если не осваивать вовсе, то эффективность использования системы моделирования низкая.

Поэтому цель данного курса изучить предмет широко, но поверхностно. Курс можно рассматривать как справочник по базовым вопросам электродинамики, встречающимся при использовании современных программ электродинамического моделирования.

электродинамики

диэлектрической магнитной проницаемостей среды
σ – тензоры электрической и магнитной проводимостей
je,m

– сторонние токи

Зависимость от времени взята в виде

Неоднородные уравнения

Однородные уравнения

и системы 3-х мерного моделирования:
1.1. Метод конечных элементов – High

Frequency System Simulator (HFSS)
1.2. Метод Finite Difference Time Domain (FDTD) – CST Microwave Studio (CST MWS)
1.3. Метод интегральных уравнений (ИУ) – FEKO.

2. Метод ИУ в системах 2.5 мерного моделирования
2.1. Advanced Design System (ADS)
2.2. Microwave Office (MWO)

стенки: идеальные электрические и магнитные стенки, импедансные стенки
Виртуальные объекты: стенки

симметрии, периодические поверхности
Источники поля: порты, сторонние токи, первичное поле

портов
При наличии портов: задачи анализа закрытых СВЧ многополюсников
В отсутствие портов

и других источников: задачи на собственные колебания закрытых резонаторов

Продольно однородные закрытые структуры – закрытые волноводы:
Задачи на собственные волны закрытых волноводов

излученную энергию
При наличии портов: задача анализа антенны
При отсутствии портов, при

наличии сторонних токов: задачи излучения

В отсутствие источников и ограниченных объектов:
Задачи на собственные колебания открытых резонаторов

Продольно однородные открытые структуры – открытые волноводы:
Задачи на собственные волны открытых волноводов

плоская волна
Порты: волновые и сосредоточенные
Волновой порт – модель полубесконечного волновода

Сосредоточенный

порт – модель генератора с конечным
внутренним сопротивлением

Задачи рассеяния:

(метаматериалы)

проводника
Поверхность идеального магнетика
Импедансная поверхность

Частный случай – поверхность с конечной проводимостью

Имеется

также анизотропные импедансные граничные условия

слой:

искусственно синтезированная структура, имеющая малый коэффициент отражения в заданном диапазоне

частот в зоне видимых углов падения

Сосредоточенные RLC граничные условия применяются при моделировании сосредоточенных элементов: конденсаторов, резисторов, индуктивностей

периодических структур. Они устанавливают связь между полями на границах периода

(master, slave).

В периодических структурах возникает еще один вид источников: порт Флоке

Поверхности симметрии.
Виртуальные поверхности, применение которых облегчает анализ структур, содержащих плоскости симметрии