GUÍA DE LABORATORIO 1 INTRODUCCIÓN A CST STUDIO SUITE 2012 SIMULACIÓN DE UNA GUÍA DE ONDA COAXIAL LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y ANTENAS Javier Leonardo Araque Quijano Carol Bibiana Rojas Hurtado
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CST STUDIO SUITE es una plataforma de simulación para todo tipo de problemas de campo electromagnético y aplicaciones relacionadas. El entorno incluye los siguientes módulos de simulación:
CST Microwave Studio CST EM Studio CST Particle Studio CST Design Studio CST PCB Studio CST Cable Studio CST Mphysics Studio CST Microstrips
En el desarrollo de los proyectos del curso utilizaremos el módulo CST , encargado CST M icr owave owave Studio de la simulación de problemas de alta frecuencia. Dependiendo la aplicación, se puede escoger entre diferentes técnicas de simulación ofrecidas por el software, entre ellas, las que vamos a usar son el análisis en el tiempo y el análisis a nálisis en el dominio de la frecuencia. frecuencia. A continuación se muestra la interfaz de usuario u suario de CST con las partes más importantes.
Figura 1. 1
Con el fin de familiarizarnos con el software y con la forma de trabajo, modelaremos una guía de onda coaxial simple y calcularemos la matriz de parámetros S de la estructura. La guía tiene una impedancia característica de 50 Ω, es de 20cm de longitud y consta de un conductor interno de 1mm de radio, un conductor externo de 3.34829mm de radio y 0.5mm de espesor, y teflón como dieléctrico entre los conductores. Después de iniciar el programa, creamos un nuevo proyecto del módulo CST Microwave Studio, ver fig 1. A continuación podemos elegir entre una serie de plantillas para aplicaciones específicas con parámetros predeterminados como las unidades de trabajo, las fronteras, el material del entorno. Para este caso seleccionamos
, ninguna plantilla en especial, ver Fig 1.
Figura 2.
Como primer paso fijamos: Las unidades de trabajo (Solve - Units) a mm, GHz y ns, El material de entorno (Solve-Background Material) a Material Type: Normal, El rango de frecuencias a simular (Solve-Frequency) de 0-20 GHz Y finalmente las condiciones de frontera (Solve-Boundary Conditions) a Open(add space) en todas las direcciones.
CST cuenta con elementos primitivos como cubos, esferas, cilindros, a partir de los cuales se pueden crear estructuras más complejas. En este caso modelaremos la guía coaxial a partir de un cilindro que corresponderá al conductor interior. Creamos un cilindro (Objects Basic shapes - Cylinder), con Esc se abre directamente la ventana para fijar las medidas. Damos un nombre representativo al elemento y seleccionamos el material del conductor como PEC (Perfect Electric Conductor).Ver fig 3.
Figura 3.
Mediante la opción de extrusión vamos a crear el material dieléctrico, para ello seleccionamos la superficie lateral del conductor interno (Objects - Pick - Pick face) , extruimos el elemento (Objects Extrude), nombramos el componente y escogemos Teflon como el material dieléctrico (Material Load from Material Library), ver fig 4.
Figura 4.
De la misma manera creamos el conductor externo, seleccionamos la superficie del dieléctrico (Objects - Pick - Pick face) y extruimos el elemento. Ver fig 5.
Figura 5.
Ahora, construimos dos puertos discretos, desde el conductor interno al externo, a los dos extremos de la línea y de radio de 0.5mm (Solve-Discrete ports) como se observa en la fig. 6
Figura 6.
Es momento de simular la estructura. Utilizaremos el análisis en el dominio del tiempo (Solver - Time domain solver). Antes de ejecutar la simulación, fijamos la precisión a -40 dB y aumentamos el tiempo de duración de la simulación (Time domain solver parameters - Specials) , fijamos el número de pulsos a 200 y ahora sí ejecutamos la simualción. Ver fig 7
Figura 7.
Una vez finalizada la simulación, podemos ver los resultados, específicamente los coeficientes de transmisión y reflexión (Navigation Tree - 1D Results - S-Parameters) , podemos visualizar los cuatro parámetros, como en la figura 8, o uno por uno.
Figura 8.
Además de la magnitud en dB, podemos visualizar la fase de cada uno de los parámetros (Right click S2,1 - Plot View - Phase) y a partir de ella analizar el comportamiento de la estructura, como el factor β, ver fig 9.
Figura 9.
Referencias [1] CST STUDIO SUITE, Getting Startet. CST- Computer S imulation Technology AG. All rights reserved. [2] CST MICROWAVE STUDIO, Workflow & Solver Overview. CST- Computer S imulation Technology AG. All rights reserved.
