Hallo alle zusammen,
ich bin absoluter Neuling in CST und versuche mit der kostenlosen CST
Studio Software ein paar Grundlagen zu lernen.
Jedoch ist mir etwas Grundlegendes noch nicht ganz klar. In CST kann man
die Anzahl an Cells per Wavelength angeben.
Als Beispiel:
Ich möchte eine Patchantenne realisieren bei 2 GHz. Die kleinste
Leitungsbreite ist 400um. Welche Zahl schreibe ich dann in Cells per
Wavelength rein? Je größer desto besser, aber welches ist der
intelligenteste Wert zwischen Berechnungsaufwand und der zu erzielenden
Genauigkeit?
Wie überschlage/ berechne ich das?
Beste Grüße
CST_neuling schrieb:> Wie überschlage/ berechne ich das?
Das hängt von der Rechenleistung deines Computers ab. Probiers einfach
aus.
Der Rechenaufwand steigt quadratisch mit der Grösse der Zellen.
Deshalb wird man zunächst mit einem relativ groben Raster
experimentieren, und wenn es an die endgültige Fertigstellung geht, darf
die Berechnug auch mal länger dauern.
Der Feinheit heist wieviele Zellen in eine Wellenlänge hinein gesetzt
werden.
Alsi machen wir Cells per Wavelength = 15 bei einer Frequenz von 2 GHz.
Die Struktur würde dann,
2 GHz -> ca. 150mm /15 = 10mm
mit Zellen der Größe 10mm berechnet werden. Darf ich mir das so
vorstellen?
Naja, die Groesse der Zelle ab der Wellenlaenge ist eine Sache. Die
andere Sache ist die feinste Strukturaufloesung. Wenn du 0.4 mm in einer
Richtung Strukturaufloesung hast, ist das die Gittergroesse in dieser
Richtung, resp in der Umgebung. Dann gibt es noch lokale Gitter, indem
man die Antennen auswaehlt un der eine eigene Gitterung verpasst.
Eingekuerzt... ich schau mit jeweils 200-600k Gitterzellen
durchzukommen. Sonst ist es zu aufwendig zum Rechnen. Aufgrund der
Resultate sieht man dann ja wo die Fehler sind, und kann dann allenfalls
nachbessern.
Wenn es zu grob ist, meckert er (...minimum 5 meshcells per Leitung
o.Ä.). Wenn man beliebig fein macht, sieht man eigentlich keine
Verbesserung mehr am Ergebnis. Manchmal macht es Sinn, bestimmte
Strukturteile (feed) besonders fein meshen zu lassen, da er sich sonst
beschwert, da kann man an solchen sensiblen Stellen dann z.B. ein
Vakuumklötzchen reinsetzen und das bei Bedarf extra meshen lassen.
Das automatic mesh refinement nimmt einem heutzutage eine Menge Arbeit
ab und führt meist auch ohne Vorwissen zu anständigen Ergebnissen. Feeds
werden zb in der Regel nach wenigen refinement iterationen automatisch
feiner aufgelöst.
Ein einfacher Test besteht grundsätzlich darin, das Gitter sukzessive zu
verfeinern, bis sich an den Ergebnissen nichts oder kaum etwas mehr
ändert. Irgendwann kriegt man ein Gefühl dafür, welche Zellendichte in
welchem Fall sinnvoll bzw. nötig ist.
Ein verbreiteter Anfängerfehler ist auch, mit viel zu komplexen
Geometrien anzufangen. Einfaches Beispiel: Das wunderschön
ausmodellierte Gewinde im STEP file der SMA Buchse wird die Zellenzahl
explodieren lassen aber sicher nicht zu einem "genaueren" Ergebnis als
ein einfacher Zylinder führen...
CST_neuling schrieb:> Alsi machen wir Cells per Wavelength = 15 bei einer Frequenz von 2 GHz.
Das ist viel zu grob.
Leitungsstücke mit der Länge von z.B. λ/8 und weniger, haben schon
regelrechte Transformationseigenschaften und werden deshalb auch zu
Anpassungszwecken eingesetzt.
Annähernde Frequenzunabhängigkeit nimmt man unterhalb von λ/100 an, und
selbst da ist Vorsicht geboten.
Wenn du jemals UKW-Radios gebastelt hast, 100 MHz entsprechen 3m
Wellenlänge, wirst du gemerkt haben, dass es ein spürbarer Unterschied
ist, ob eine Leitung -z.B. eine Masseleitung-, 3cm lang ist oder 2cm
oder 4cm.
nachtmix schrieb:> Annähernde Frequenzunabhängigkeit nimmt man unterhalb von λ/100 an, und> selbst da ist Vorsicht geboten.
Hmmm... Alles pauschal mit λ/100 zu diskretisieren wär zwar schön und
einfach aber
1) kaum machbar (Speicher- / Rechenaufwand)
2) nicht besonders sinnvoll.
Es gibt durchaus Fälle, wo eine hohe Meshing Dichte nötig ist (i.A. an
Stellen wo die Feldgradienten und Leistungsdichten hoch sind, aber z.B
im Fernfeld von Antennen reicht auch λ/10, um Gain und Feldverteilung zu
beurteilen, und grosse Fehler wird's auch dann nicht geben.
Allgemein heikel bis problematisch sind Simulationen, in denen
einerseits sehr feine Feed-Strukturen vorhanden sind und gleichzeitig
ein grosses Gesamtvolumen simuliert werden soll. In diesen Fällen würde
ich einem CST-Anfänger auf jeden Fall raten, den frequency domain solver
mit tetahedralem Mesh inkl. automatic mesh refinement (ist eh
defaultmässig aktiviert) zu verwenden. Damit lassen sich auch diese
Fälle relativ gut bearbeiten.
Falls die Meshzahl nach einigen Refinement-Schritten explodieren sollte,
hilft nur eine Vereinfachung der Geometrie und/oder das Einfügen von
Symmetrieebenen. Man sieht im Mesh view immerhin sofort, welches die
problematischen Stellen sind. Manuelles Eingreifen kann z.T zwar auch
helfen, setzt aber definitiv etwas Erfahrung voraus.
Warum benötigt ein Löser im Frequenbereich eigentlich weniger Zellen als
die Löser im Zeitbereich?
Und warum werden je nach Bereich unterschiedliche Gitterstrukturen
benutzt?
Markus schrieb:> Warum benötigt ein Löser im Frequenbereich eigentlich weniger Zellen als> die Löser im Zeitbereich?> Und warum werden je nach Bereich unterschiedliche Gitterstrukturen> benutzt?
Je nach Solver-Methode bzw. Algorithmus wird ein rechteckiges
hexahedrales Mesh (bzw kleine "Würfelchen" in FDTD) oder ein
tetraedrales Mesh vorausgesetzt (CST's frequency domain solver).
In den kommerziellen state-of-the-art Implementierungen dieser
Algorithmen ist es grundsätzlich möglich mit Gittern zu arbeiten, deren
Gitterpunkte nicht 100% gleichmässig angeordnet sind. Wie oben
beschrieben ist das extrem hilfreich bis zwingend, um den Rechenaufwand
in einem realistischen Bereich zu halten.
Bei der Diskretisierung gibt es aber nicht beliebige Freiheiten. Bei
FDTD zum Beispiel bedingt das Einfügen eines zusätzlichen Gitterpunkts
im Mesh, dass gleichzeitig ein Gitterpunkt auf allen existierenden
Kanten hinzugefügt werden muss, welche sich mit den drei Raumebenen
durch den neuen Punkt schneiden (ich hoffe das ist halbwegs
verständlich).
wenn ein bestimmter Bereich höher aufgelöst werden soll, muss somit
leider auch ein "3D-Kreuz" durch das ganze Simulationsgebiet ebenfalls
jeweils höher aufgelöst werden.
Das tetrahedrale Gitter bietet hier mehr Freiheitsgrade, so dass
extremere Verhältnisse zwischen fein und grob innerhalb desselben
Simulationsvolumen machbar sind.
Nachteil bei freqiency domain ist dafür, dass jeder Frequenzpunkt
einzeln simuliert werden muss (ok bei schmalbandigen Strukturen),
während ein Zeitbereich-Solver inhärent breitbandig rechnet und damit
sicher keine dips und Resonanzen im Frequenzgang versehentlich
"verschluckt".
