ВВЕДЕНИЕ 4
1 Обзор литературы 6
1.1 Средства проектирования и программные продукты последнего поколения 8
1.2 Среды разработки, использующие метод конечных элементов 9
1.3 Среды разработки, использующие метод конечных разностей во временной 9
области (FDTD
1.4 Среды разработки, использующие метод моментов (FEKO) 10
1.5 Основные выкладки метода минимальных автономных блоков 10
2 Элементы теории 11
2.1 Основные средства формализации устройств СВЧ 11
2.2 Соотношения между дескрипторами 12
2.3 Ключевая задача электродинамики 13
3 Задача рекомпозиции 14
3.1 Процедура рекомпозиции 14
3.2 Процедура переноса плоскостей отсчета фаз 16
3.3 Процедура перенумерации каналов 17
4 Метод минимальных автономных блоков 18
5 Интерфейс программы подготовки данных и решения ключевой задачи 22
электродинамики
5.1 Основные элементы программного комплекса 28
6 Тестирование программного комплекса 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 42
За последние десятилетия интерес к СВЧ устройствам неуклонно растет, Данная тенденция обусловлена большим количеством систем, функционирующих на СВЧ: мобильная связь, навигация (GPS, ГЛОНАС), спутниковое телевидение, телекоммуникационные системы, системы специального назначения и т.д. Также, с развитием компьютерных технологий растет роль компьютерного моделирования различных устройств в СВЧ диапазоне.
В конце XX века в электродинамике СВЧ и КВЧ значительно возрос интерес к исследованию искусственных сред - метаматериалов [1] обладающих пространственной дисперсией и отрицательными электромагнитными проницаемостями. Благодаря пространственной дисперсии таких сред, можно построить уникальные микрополосковые и волноводные устройства, выполняющие функции фильтров, поляризаторов, фазовращателей пространственные размеры которых будут существенно меньше их аналогов выполненных на изотропных диэлектрических материалах.
Метаматериалы имеют трехмерную структуру и сложную форму. К таким материалам можно подойти как к макроскопическим однородным анизотропным средам, описываемым проницаемостью, или как к трехмерным объектам сложной формы. В первом случае приходится определять магнитную и диэлектрическую проницаемость, прежде чем решать граничные задачи, а это сложно. Во втором случае напрямую исследовать распространение волн в таких структурах. Физическое моделирование таких структур чрезмерно затратное мероприятие и требует много временных ресурсов. Для математического моделирования требуется адекватная модель. Для ее построения выбран метод минимальных автономных блоков. В основе метода лежит принцип декомпозиции - разделения рассматриваемого сложного объекта на простые элементы, дискрипторы которых либо известны, либо их нетрудно построить, решив соответствующую краевую задачу. Рекомпозиция дискрипторов приводит к построению модели всего объекта в целом. Простой по сути метод имеет свои сложности реализации, главной из которых является автоматизация процесса задания геометрических и материальных параметров исследуемого объекта. Необходимо создание компьютерного рабочего места для проектирования геометрической модели устройства и задания всех необходимых материальных параметров. Цель работы - создание программного комплекса для моделирования внутренних задач электродинамики на основе метода минимальных автономных блоков.
В ходе работы был изучен принцип декомпозиции и метод минимальных автономных блоков (МАБ). Проведен анализ существующих САПР, а также методов, на которых они основаны.
Исходя из метода МАБ, были сформулированы требования к пользовательскому интерфейсу, который позволял решать краевые задачи электродинамики, используя данный метод.
В среде Borland Delphi разработан визуально-событийный пользовательский интерфейс, который позволяет задавать материальные характеристики моделируемых объектов.
Проведено тестирование пользовательского интерфейса и метода минимальных автономных блоков.
В ходе тестов были выявлены следующие необходимые моменты: требуется создание процедур, использующих видео карту для построения изображения моделируемого объекта. Также требуется перевод вычислительной части на другую разрядную сетку. Существует возможность по ускорению вычислений[7].
Результаты работы представлены на II Научно-практической конференции «Информационно-измерительная техника и технологии», г. Томск, 6-7 мая 2011 г., на XVIII ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", г. Москва, 1 - 2 марта 2012 г., на 51-й международной студенческой конференции “Студент и научно-технический прогресс”, Новосибирск 12-18 апреля 2013 г.
