Перейти к основному содержимому

Излучение

Назначение​

Граничное условие Излучение (Radiation) используется для моделирования открытого пространства, окружающего исследуемую электромагнитную структуру.

При использовании данного условия предполагается, что электромагнитные волны, достигающие границы расчетной области, свободно распространяются в окружающее пространство без существенного отражения обратно в модель.

Основной областью применения граничного условия Излучение является моделирование открытых электродинамических задач, в которых необходимо учитывать распространение электромагнитных волн за пределы расчетной области.

Типичные области применения:

  • моделирование устройств СВЧ (антенны, антенные решетки, волноводы и т.д), работающих в свободном пространстве;
  • задачи электромагнитной совместимости (ЭМС).

Физический смысл​

При численном моделировании невозможно создать расчетную область бесконечного размера. Поэтому вокруг исследуемой конструкции создается конечная область расчета, ограниченная искусственными границами.

Если не задать специальное граничное условие, электромагнитные волны будут отражаться от этих границ и возвращаться обратно в расчетную область, что приведет к искажению результатов моделирования.

Граничное условие Излучение предназначено для минимизации таких отражений и имитирует распространение волн в бесконечное пространство.

Таким образом, граница расчетной области становится эквивалентом открытого пространства, через которое энергия может покидать модель.

Следует учитывать, что данное условие не устраняет отражения полностью, а лишь существенно уменьшает их уровень. Для получения наиболее достоверных результатов необходимо правильно выбирать размеры расчетной области.

Когда использовать​

Рекомендуется использовать граничное условие Излучение, если:

  • моделируется антенна;
  • исследуется диаграмма направленности;
  • требуется расчет коэффициента усиления;
  • устройство работает в свободном пространстве.

Типичные примеры:

  • дипольные антенны;
  • микрополосковые антенны;
  • рупорные антенны;
  • спиральные антенны;
  • открытые волноводные излучатели;
  • антенные решетки.

Когда не использовать​

Не рекомендуется использовать граничное условие Излучение, если:

  • моделируется полностью экранированная конструкция;
  • расчетная область ограничена металлическим корпусом;
  • используются периодические структуры;
  • требуется моделирование электрической или магнитной симметрии.

В подобных случаях рекомендуется использовать:

Назначение условия в САПР «ГАММА»​

Практическая рекомендация​

При моделировании антенн рекомендуется сначала создать воздушную область, полностью окружающую исследуемую конструкцию, и только после этого назначать граничное условие Излучение на все внешние поверхности воздушного объема, находящиеся на расстоянии от исследуемого объекта.

Такой подход обеспечивает наиболее корректное моделирование распространения электромагнитных волн в свободном пространстве и снижает вероятность ошибок при назначении граничных условий.

Создание условия​

Для назначения условия необходимо:

  1. Открыть вкладку Решение.

  2. Выбрать команду Граничное условие.

  3. В открывшемся окне Назначить граничное условие выбрать Излучение.

  4. Выбрать одну или несколько поверхностей, ограничивающих расчетную область и находящихся на расстоянии от модели. Чтобы выбрать несколько, необходимо зажать клавишу Ctrl и выделить в 3D-области нужные элементы.

  5. Нажать Применить, затем ОК.

После создания условие появится в дереве проекта в разделе Условия в папке Граничные условия.

Проверка корректности назначения​

После назначения условия рекомендуется убедиться, что:

  • условие назначено на одну или ннесколько внешних поверхностей расчетной области;
  • внутри области отсутствуют разрывы;
  • исследуемая конструкция полностью находится внутри воздушной области;
  • расстояние от исследуемой конструкции до границы расчетной области является достаточным.

Для большинства задач рекомендуется располагать границу излучения на расстоянии не менее:

  • λ/4 — минимально допустимое расстояние;
  • λ/2 — рекомендуемое расстояние для большинства задач.

Если моделируется антенна с высоким коэффициентом усиления или сложной диаграммой направленности, рекомендуется дополнительно увеличить размеры воздушной области.

После завершения расчета рекомендуется проверить распределение электрического поля вблизи границы. При правильно выбранных размерах расчетной области заметных отражений от границы наблюдаться не должно.

Типичные ошибки​

ОшибкаПоследствие
Граница расположена слишком близко к устройствуОтражение волн и искажение результатов
Условие назначено на металлические поверхностиФизически неверная модель
Использование условия для полностью экранированной конструкцииНекорректная интерпретация результатов
Недостаточный объем воздушной областиОшибки при расчете диаграммы направленности, коэффициента усиления и S/Y/Z-параметров