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Forum: HF, Funk und Felder 3D EM-Simulationen


Autor: Dirk L. (thamare)
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Hallo,

ich wollte mal fragen, inwieweit es hier Leute gibt, die 
(Qualitäts-)Vergleiche zwischen den gängigen Feldsimulatoren machen 
können.

Mein Fokus liegt auf Antennensimulationen im Sub-1GHz-Band. Konkret: 
868MHz und 315MHz. Es geht um "kleine" omnidirektionale Antennen, also 
für kleine Handsender, Unterputzempfänger etc.
Interessant ist für mich vor allem auch der Umgebungseinfluß auf die 
Antennen (Handeffekte, Mauerwerk etc.).
Simulieren will ich Fernfeld, Wirkungsgrad und Impedanz.

Ins Auge gefasst habe ich bisher:
* Empire (IMST)
* Microwave Studio (CST)
* HFSS (Ansoft)

Wenn ihr a) noch weitere Programme nennen könnt und/oder b) Erfahrungen 
mit solchen Programmen habt, wäre ich für Beiträge sehr dankbar.

LG,
Thamare

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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http://www.mikrocontroller.net/articles/Schaltungs...
aber ich habe mit Antennensimulation keine Erfahrung.

Autor: Joachim (Gast)
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Dafür nimmt man HFSS oder CST.
Die Programme aus dem Amateurfunkbereich, taugen hier nix.


Viel Erfolg

Autor: 6636 (Gast)
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Ja. Microwave Studio von CST ist super im Rechnen, die 
Bedieneroberflaeche faellt etwas ab. Ist zwischen katastrophal und 
schrecklich. Da sich das ganze noch entwickelt, sollte man's nicht 
kaufen sondern mieten. Bei diesem Schnaeppchen fuer 15k pro Jahr kann 
man daher nicht zuviel meckern. Weil Rechnen tut's schnell und genau.

Autor: Matthias (Gast)
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Mit Empire habe ich keine Erfahrungen,
HFSS war früher DAS FEM-Programm überhaupt, bevor CST mit Microwave 
Studio nachzog. Im Gegensatz zu 6636 behaupte ich, daß gerade wegen der 
sehr viel besseren grafischen Oberfläche CST Marktanteile gewinnen 
konnte. Die alten, noch auf Unix basierenden Version 8.0 / 8.5 von HFSS 
waren ein einziger Graus. Hingegen gibt es nachwievor Leute die in 
Punkto Rechengenauigkeit HFSS den Vorzug geben, obwohl ich mir nicht 
vorstellen kann, daß sich die Programme diesbezüglich wirklich 
unterscheiden. Liegt vielleicht daran, daß CST im Zeitbereich arbeitet, 
was HFlern befremdlich erscheint.
Für CST spricht noch, daß es nur halb so teuer ist wie HFSS und ein 
deutsches Unternehmen ist, Support ist hervorragend (wird aber mit ca. 
6.000 Euro p.a. teuer bezahlt).

Ein älterer Vergleich findet sich auf
http://www.mwee.com/magazine/2000/cad_nov.htm

Englischsprachige Diskussionen finden sich zudem auf
http://www.freelists.org/archives/si-list/
(einfach im Suchfeld die beiden Begriffe 'cst' und 'hfss' eingeben).

Ach so, die beiden Programme kosten bekannterweise ordentlich Geld, also 
ruf an, erzähl wozu Du es brauchst und laß die Vertriebsingenieure 
vortanzen, die Dir dann nach Möglichkeit eine 1-monatige Testlizenz 
dalassen sollten. Oder Du schickst Ihnen von einem Device, von dem Dir 
Meßergebnisse vorliegen, ein Modell zur Simulation. Anschließend 
vergleichst Du deren Simulationsergebnisse mit Deinen Meßergebnissen.

Autor: 6636 (Gast)
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Ich vergleiche das Userinterface von Microwave Studio nicht mit anderen 
3D EM Simulationsprogrammen, sondern mit anderen 3D Programmen, wie 
Catia. Und sowas haben die CST Leute noch nie angeschaut. Ich arbeite 
immer parametriert, dh will praktisch jedes Mass variabel halten. Bei 
einem normalen 3D Programm gruppiert man Elements wie Zylinder, Quader, 
usw. Und erhaelt dann eine 3D Hierarchie von Subelementen. Dan kann man 
spaeter immer an jedem Detail korrigieren. Bei Microwave Studio 
verschwinden bei einem Merge oder Subtract die Subelemente. Man muss 
dann in einer History rum editieren. Haesslich. Eine 3D Maus wird auch 
nicht unterstuetzt. Dass ueber Alles gesehen Microwave Studio zur Zeit 
das Beste ist erkennt man an einem User Meeting. Da ist alles was Rang 
und Namen hat. Nichts desto trotz duerfte CST mal ueber den Horizont 
schauen.

Autor: Matthias (Gast)
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So gesehen hat 6636 recht, verglichen mit einem normalen CAD-Programm 
sind die Benutzeroberflächen aller EM-Simulationsprogramme äußerst 
spartanisch gehalten.
Allerdings sind die wenigsten HF-Ingenieure in der Lage solch komplexe 
Programme wie Catia, SolidWorks oder AutoCAD zu bedienen und sind sogar 
froh, daß sich auf einfache Art und Weise 3D-Modelle erzeugen lassen. 
Für die meisten EM-Simulationen sind einfach gehaltene Modelle 
vollkommen ausreichend, wenn nicht sogar notwendig, da detaillierte 
Modelle den Speicher und Zeitbedarf sprengen würden.
Außerdem ist die Erstellung von 3D-Geomoetrien nicht Sache des 
HF-Ingenieurs, sondern der Konstruktionsabteilung. Diese erstellt das 
Modell und gibt es weiter, hierfür sind dann gute Importfilter 
notwendig.

Autor: 6636 (Gast)
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Naja. Solche Konstruktionsabteilungen gibt es nur in groesseren Firmen. 
Ich hab mal ein 3D Modell einer Mobilephone Innenstruktur gesehen, das 
nach Microwave Studio importiert wurde. Von TQFPs war jeder Pin da. 
Soviel zu einfachen Modellen. Es gibt genuegend HF Ingenieure, die 
machen alles selbst. Deren Konstruktionsabteilung macht zwar was sie 
haben wollen, aber nichts von selbst. Und da waere ein durchgaengiges 
Bedienkonzept extrem zeitsparend. Als Bediener benoetigt man eben schon 
einen Tag oder zwei, um sich die Bedienung eines guten 3D Programmes 
erklaeren zu lassen.

Autor: Dirk L. (thamare)
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Hallo,

Danke für die Links. Das Benchmark von MWEE ist echt interessant.

Ich werd wohl euren Rat befolgen und alle drei antanzen lassen und eine 
uns gut bekannte Antenne in der Hosentasche haben. Dann mal selbst 
ausprobieren und auf die Testversion drängen um selbst probieren zu 
können.

Bin ja echt mal gespannt, wie die jeweiligen Interfaces zur 3D-Eingabe 
funktionieren...

Empire von IMST hatte ich schon mal "in der Hand". Da waren planare 
Sachen einfach einzugeben, eine Helix war aber schon nicht mehr so ganz 
trivial...

Wenn ich dran denke, schreib ich hier nochmal rein, wie's ausgegangen 
ist.

LG,
Dirk
P.S: Wenn noch jemand Tips hat nur her damit. ;)

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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http://www.tssd.com/ hat http://www.zeland.com/Product.htm im Programm
da gibts auch einen 3D-EM-Simulator

Autor: Joachim (Gast)
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Bei Microwave Studio
verschwinden bei einem Merge oder Subtract die Subelemente. Man muss
dann in einer History rum editieren. Haesslich. Eine 3D Maus wird auch
nicht unterstuetzt. Dass ueber Alles gesehen Microwave Studio zur Zeit




-> Dann deklariert man z.B. unter HFSS die Geometrien als Variable und 
schon funktioniert es...

Autor: Joachim (Gast)
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Allerdings sind die wenigsten HF-Ingenieure in der Lage solch komplexe
Programme wie Catia, SolidWorks oder AutoCAD zu bedienen und sind sogar


-> "wenigsten"



Halte halte ich eine Kiste Bier dagegen.

Autor: 6636 (Gast)
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Ich auch. Zwei Kisten. Ein Minimum muss man schon drauf haben....
Ab einer gewissen Komplexitaet muss man die Geometrie mit einem 
richtigen CAD Programm editieren und dann importieren. Leider hat man 
bei so einem Import keine Kontrolle mehr ueber die Granularitaet. Meist 
werden viel zu viele Gitterzellen importiert und die Rechnezeit 
explodiert.
Irgendwas eingeben und durchlassen ist nicht schwer. Dass es aber auch 
vernuenftig schnell geht verlangt einiges an Einarbeitszeit.

Autor: Matthias (Gast)
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@Dirk L.
Eine Helix ist deshalb nicht trivial, weil Du sie erst mathematisch 
beschreiben mußt, meist mittels der eingebauten Makrofunktion der 
Programme (CST unterstützt z.B. VBA). Ein paar solcher Sachen sind als 
Beispiele mit dabei und können als erster Startpunkt genutzt werden.

@Joachim, 6636:
Jetzt bin ich aber neugierig geworden, was für Sachen Ihr modelliert. 
Hohlleiter, Mikrostreifenleitungen und die meisten Antennen sind 
vergleichsweise einfache Gebilde für deren Erstellung kein komplexes 
CAD-Programm benötigt wird. Andere Dinge wie z.B. komplette Schaltkreise 
oder Steckergeometrien importiere und vereinfache ich ggf.

Autor: 6636 (Gast)
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Resonatoren. Das Problem dabei ist, dass die kleinste Abmessung die 
Granularitaet bestimmt. Man beginnt mit einem Rohr, oder einer Bohrung. 
Und dann moechte man die Guete, Abstimmbarkeit, Anpassung verbessern und 
aendert kleine Details, eine Bohrung, eine Nut, und so werden die Zellen 
immer kleiner, und es werden immer mehr. Wenn man dann mit Koppler bei 
300k Zellen angelangt ist wird's muehsam. Unterhalb 100k Zellen geht's 
richtig flott. Nicht ganz interaktiv leider.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich denke auch, die Antenne selbst ist das einfachste, aber wie werden 
die genannten "Handeffekte, Mauerwerk" realitätsnah modelliert? Ideal 
leitfähig sind sie nicht, eher ein Dielektrikum.
Man sieht öfters diese 3D-Darstellungen "Handy neben Kopf" mit irgendwie 
verbogenem Abstrahl-Diagramm. Wieweit läßt sich überhaupt eine so kleine 
Behelfsantenne, klein gegen die Wellenlänge, noch gebündelt ausrichten? 
Ist das nicht eher ein nur durch den Kopf bedämpfter Rundstrahler?

Autor: Matthias (Gast)
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Handeffekte, Mauerwerk sind Dielektrika und werden als solche 
modelliert, die Programme bieten hierzu umfangreiche 
Definitionsmöglichkeiten.
Beim 2. Punkt verstehe ich die Frage nicht. Im Mobilfunk bei f=900 bzw. 
1800 MHz ist die Antenne nicht klein gegen die Wellenlänge (okay, 
kleiner als lambda/2 ist sie schon). Eine 'Bündelung' erfolgt bei 
planaren Antennen mindestens durch die Grundmetallisierung, in den 
hinteren Halbraum wird nichts abgestrahlt. Allerdings will Dirk nur 
Handsender bauen, Strahlung in Kopfnähe ist da wohl vernachlässigbar.
Den Einfluß von Mauerwerk mittels einer solchen Simulation zu bestimmen, 
könnte sich aus einem anderen Grund als schwierig erweisen: Die 
Dimensionsunterschiede fallen sehr groß aus, eine 1m² große Mauerfläche 
in 1 m Abstand zu einer vielleicht 10cm² großen Antenne führt zu starker 
Diskretisierung.

Autor: Dirk L. (thamare)
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Ein paar Erläuterungen:

Mit Mauerwerk heisst umgeben von Mauerwerk, also z.B. in einer typischen 
Unterputzdose (Ich weiß, alles andere als ideale Vorraussetzungen X) ).

Mit Handeinfluß heisst zum Beispiel: Du hast einen Funklichtschalter, 
auf den logischerweise jemand drauf drückt. (Hab ich erwähnt, dass 
Designer finden, dass geschossene Metallrahmen am besten aussehen?)

Es sind schon alles kleine Antennen, da Modulabmessungen i.d.R. kleiner 
als 5cm³ sind. Da lambda\4 oder gar lambda\2 reinzuwurschten geht nicht. 
Rundstrahlverhalten ist erwünscht, da man nie weiß, wo Sender und 
Empfänger sitzen.

Generell ist mir klar, dass geometrisch sehr kleine Antennen eine 
etsprechende Diskretisierung erfordern, was sich dann aber mit großen 
Gegenständen in der Umgebung hinsichtlich Rechenproblemgröße beisst.

Autor: Ulrich (Gast)
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Ich werde demnächst mit ADS + Momentum + EMDS arbeiten dürfen. Wie sind 
denn die Meinungen zu diesem Paket?

Wie ich grade gesehen habe gibt's zur Zeit 25% auf EMDS.

Autor: 6636 (Gast)
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@ Ulrich (Gast),
Was willste denn damit machen ? Es gibt auch eine Anzahl von 2D 
Packeten, die moegen fuer eine gewisse Menge von Problemen genuegend 
sein.

Autor: Matthias (Gast)
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@Ulrich,
wann & wo kann ich bei Euch anfangen ? Beneidenswert !

Autor: Ulrich (Gast)
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@6636

Es braucht schon eine 3D-Feldsimulation für dieses Problem. Genauer kann 
ich mich dazu aber nicht äussern. Mich würde der Vergleich zu anderen 
Tools interessieren von jemandem, der vielleicht schon mehrere Produkte 
anschauen konnte.

Autor: Joachim (Gast)
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Ich denke auch, die Antenne selbst ist das einfachste


???

Ja, kann natürlich jeder machen.
Deshalb sind die meisten HF-Ing. auch arbeitslos oder befinden sich in 
der Umschulung.

Autor: Matthias (Gast)
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>> Ich denke auch, die Antenne selbst ist das einfachste
> Ja, kann natürlich jeder machen.

Die Modellierung ist "einfach", die Dimensionierung nicht.

Autor: 6637 (Gast)
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Man kann natuerlich immer probieren. Diese und jene Dimension variieren. 
Und warten...

Autor: Joachim (Gast)
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Die Modellierung ist "einfach", die Dimensionierung nicht.*





Wie man es sieht, schau Dir mal bei HFSS echte Beispiele an. Vielleicht 
auf deren Internetseite.
Selbst die Konfiguration von z.B. Steckern etc. ist manchmal nicht 
überschaubar, nach diversen Substract,Copy etc.-Befehlen, kann man 
schnell die Übersicht verlieren.

Es benötigt schon eine gewisse Einarbeitungszeit, ich war einmal in 
London und zweimal in München zur Schulung / Einführung.
Dann merkt man sehr schnell, wo man genau steht...wenn die Dozenten am 
"Zaubern" sind.

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