COSMOS/HFS es un simulador integrado en GEOSTAR desarrollado conjuntamente con ElectroMagneticWorks Inc. que ofrece capacidades avanzadas de análisis para el diseño de microondas de alta frecuencia. Permite importar geometría 2D/3D de cualquier sistema CAD de modelado sólido, incluye un solver matricial iterativo de alta velocidad, y ofrece una estructura modular que permite al usuario adquirir sólo las capacidades que necesita.
COSMOS/HFS simula estructuras pasivas
de guiado de ondas
COSMOS/HFS está compuesto por los siguientes módulos:
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COSMOS/HFS 2D |
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COSMOS/HFS 3D |
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COSMOS/Cavity |
COSMOS/HFS 2D Combina análisis cuasi-estático con análisis en el dominio del tiempo y/o de la frecuencia, permitiendo al usuario analizar estructuras de guiado de ondas y líneas de transmisión. COSMOS/HFS 2D está compuesto por los siguientes módulos:
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2DHFREQ -solver en el dominio de la frecuencia- resuelve la ec. de onda por aproximación híbrida nodo/borde para representar el campo eléctrico o magnético en elementos. Elimina la aparición de modos no reales y calcula con precisión los modos de propagación en estructuras arbitrarias de guiado de ondas |
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XTALK -solver en el dominio del tiempo- utiliza parámetros de usuario de transmisión de línea con múltiples conductores con excitaciones y condiciones de contorno específicas para resolver las ec. de Telegrapher y calcular el voltage al principio y final de cada línea. Usando la función de Green en el dominio del tiempo y una técnica de convolución, se calculan los cortes y distorsiones de la señal. |
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2DXTALK integra un solver cuasi-estático con el simulador en el dominio del tiempo XTALK. El solver cuasi-estático toma la geometría y material de la línea de transmisión con multi-conductores y calcula (resolviendo la ec. de Laplace por elementos finitos) los parámetros por unidad de longitud de línea que requiere XTALK. Por último, 2DXTALK genera un fichero de entrada para SPICE |
Detalle de la ventana de
análisis del módulo COSMOS/HFS 2D
Características:
- Análisis de líneas de transmisión arbitrarias con multi-conductores
- Accurate Asymptotic Boundary Conditions (ABC)
- Acoplamiento de análisis cuasi-estáticos y cross-talk
- Interface con SPICE
- Definiciones Z,R,L,C,G generalizadas para alta frecuencia
- Cálculo de la dispersión en frecuencia
- Cálculo de la impedancia potencia-voltaje y potencia-corriente
- Cálculo de modos de alto orden
- Calculo del voltaje a través de puntos de integración específicos
Librería de Elementos:
- Elementos planos 2D isoparamétricos
- Elementos especiales 2D nodo-borde
Propiedades de los Materiales:
- Permitividad compleja
- Permeabilidad compleja
- Permeabilidad de metales
- Conductividad finita para dieléctricos y metales
Condiciones de Contorno:
- Conductor eléctrico perfecto
- Conductor magnético perfecto
- Conductores flotantes
- Conductores masa
- Contornos exteriores abiertos
- Terminaciones RC para interconectores
Resultados del Análisis:
- Potencial Electrostático
- Campo Eléctrico
- Impedancia (W), resistencia (W/m), inductancia (nH/m), capacitancia (pF/m) y matrices de conductancia (ZRLCG) para análisis cuasi-estáticos
- Contantes de propagación modal, constantes de atenuación (dB/m) debido a pérdidas de cargas en el dieléctrico y conductor, velocidades de fase, impedancias(W), resistencias (W/m), inductancias (nH/m), capacitancias (pF/m) y conductancias (mS/m) a partir de análisis cuasi-estáticos.
- Near-end & far-end waveforms (cross-talk y distorsión)
- Generación del circuíto equivalente en formato SPICE
- Constantes de propagación, constantes de atenuación (dB/m) debido a pérdidas de cargas en el dieléctrico y conductor y constantes efectivas en el dieléctrico función de la frecuencia
- Impedancias modales, resistencias, industancias, capacitancias y conductancias función de la frecuencia
- Matrices de impedancia características función de la frecuencia
- Matrices RLCG función de la frecuencia
- Campos eléctricos y magnéticos modales
Técnicas Numéricas:
- Elementos Finitos escalares
- Elementos Finitos vectoriales
- Función de Green en el dominio del tiempo
- Convolución en el dominio del tiempo
COSMOS/HFS 3D resuelve las ecuaciones de Maxwell de onda completa mediante el Método de los Elementos Finitos, donde el espacio que representa el circuíto o el componente a analizar se divide en pequeñas partes de geometría simple llamadas elementos. El campo en cada pequeño elemento se representa mediante funciones básicas de vectores tangenciales con coeficientes desconocidos. Este procedimiento genera un sistema de ecuaciones lineales caracterizado por una gran matriz dispersa (SPARSE) que se resuelve mediante técnicas especializadas.
Características:
- Análisis de parámetros-S
- Geometrías arbitrarias, múltiples puertas y múltiples modos
- Parametrización de geometrías, materiales, condiciones de contorno, malla, etc..
- Calculadores directos e iterativos super-rápidos
- 32-bit Windows 95 y NT
- Resultados de campo E y H para cada frecuencia
- Analizar waveguide-waveguide y transiciones waveguide-microstrip
- Exportar resultados a paquetes de análisis de circuitos de microondas en formatos Touchstone, Citifile, y Supercompact
- Usar librerías de materiales dieléctricos/magnéticos
- Usa conductores perfectos y componentes tipo lámina para facilitar el modelado.
- Reduce el tamaño del modelo aplicando condiciones de simetría de pared eléctrica y/o magnética perfecta
- Distribución de campo eléctrico y magnético para todos los modos
- Para cada modo están disponibles las siguientes
catacterísticas de propagación función de la frecuencia:
constante de propagación, constante de atenuación en el dieléctrico y conductor
velocidad de fase, impedancia (Z) y resistencia por unidad de longitud (R),
inductancia (L), capacitancia (C), y conductancia (G). - Para la estructura completa multiconductora, las siguientes
matrices función de la frecuencia:
* [Z]: matriz de impedancia (Ohms)
* [R]: matriz de resistencia generalizada por ud. de longitud (Ohms/m)
* [L]: matriz de inductancia generalizada por ud. de longitud (nH/m)
* [C]: matriz de capacitancia generalizada por ud. de longitud (pF/m)
* [G]: matriz de resistencia generalizada por ud. de conductancia (uS/m)
* [Mv]: matriz de valores propios de voltage
* [Mi]: matriz de valores propios actuales - Excepto los campos, todo el resto de valores pueden ser calculados en base a la definición Potencia-Corriente, Potencia-Voltage o Voltage-Corriente de la impedancia
Modelo sólido de un filtro
resonador dieléctrico dual,
y un gráfico de resultados S21 vs. frecuencia
COSMOS/CAVITY es un programa MEF general para el análisis electromagnético de estructuras resonantes en el dominio de la frecuencia. Entre sus aplicaciones se incluyen el análisis y diseño de cavidades, resonadores dieléctricos, osciladores, medidores de frecuencia, conectores, filtros de cavidades, y osciladores. Resuelve la ecuación de onda para la frecuencia resonante y la correspondiente distribución modal. Dependiendo de la geometría del problema, utiliza el módulo 3D o axisimétrico:
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CAV3D para cavidades 3D arbitrarias: utiliza una aproximación por elementos finitos tipo borde para representar el campo eléctrico o magnético en tetrahedros. |
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CAVAXI para cavidades axialmente simétricas: utiliza una aproximación híbrida nodo/borde para representar el campo eléctrico o magnético en los bordes y nodos de elementos triangulares. Tanto CAV3D como CAVAXI eliminan la aparición de modos no reale |
COSMOS/CAVITY permite:
- Estudiar nuevos diseños de cavidades y resonadores.
- Explorar geometrías o propiedades de materiales para optimizar prestaciones.
- Calcular frecuencias resonantes y los correspondientes modos de campo en modelos axisimétricos o cavidades 3D arbitrarias.
- Encontrar modelos equivalentes de circuitos simples (RLC) para modos resonantes.
- Estudiar el efecto de las pérdidas en conductor y material en la calidad de la cavidad.
Ejemplo de Filtro resonador
dieléctrico acoplado
Características:
- Cálculo de múltiples modos
- Análisis de resonadores y cavidades arbitrarias
- Método de extracción de valores propios eficiente
- Soluciones sin valores no-reales
- Circuitos equivalentes RLC
- Análisis axisimétrico en ciertos harmónicos
- Calculo del voltaje a través de puntos de integración específicos
- Cálculo del factor-Q integrado
- Factores-Q del dieléctrico y conductor por separado
Librería de Elementos:
- Elementos sólidos 3D isoparamétricos
- Elementos especiales 2D nodo-borde
Propiedades de los Materiales:
- Permitividad compleja
- Permeabilidad compleja
- Permeabilidad de metales
- Conductividad finita para dieléctricos y metales
Condiciones de Contorno:
- Conductor eléctrico perfecto
- Conductor magnético perfecto
- Conductores flotantes
- Conductores masa
Resusltados del Análisis:
- Frecuencias resonantes
- Campos eléctricos y magnéticos modales
- Factor de Calidad total
- Factor de Calidad del Conductor
- Factor de Calidad del Dieléctrico
- Circuito resonante equivalente RLC
Técnicas Numéricas:
- Elementos Finitos vectoriales
- Elementos Finitos escalares/vectoriales
- Integración adaptativa
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