Числова ефективнiсть методiв FEM та FDTD при моделюваннi хвилевiдних поляризаторiв

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorПiльтяй, С. I.
dc.contributor.authorБулашенко, А. В.
dc.contributor.authorГергiль, Є. Є.
dc.date.accessioned2022-02-17T13:50:56Z
dc.date.available2022-02-17T13:50:56Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenNowadays, method of finite differences (FDTD) is most frequently applied for the numerical simulation of the processes of electromagnetic waves propagation in various microwave devices and antenna systems in the time domain, while in the frequency domain the finite elements method (FEM) is the most used one. Therefore, the comparison of these effective modern calculation methods is an urgent problem. Currently, there are many modifications of these numerical methods, which possess their own strengths and weaknesses. This article presents the results of the analysis and comparison of these two methods on the example of modeling of the electromagnetic characteristics of a polarizer based on a square waveguide with five irises. As a result, it was found that the convergence of the voltage standing wave ratio of the developed polarizer is fast for both methods. In addition, it was obtained that the convergence of the characteristics of differential phase shift, axial ratio and crosspolar discrimination of the developed microwave device are much more sensitive to the number of applied mesh cells. This number of mesh cells was obtained by the adaptive dividing of the inner structure’s volume of the device. It was found that it is necessary to use not less than 120 000 cells of the adaptive tetrahedral mesh on the whole volume of the polarizer’s structure in the case of finite elements method in the frequency domain utilization with the required accuracy of calculation of the polarization characteristics of the developed waveguide polarizer with irises, which is equal to 0.2 dB. It was obtained that it is required to use not less than 1 200 000 cells of the hexahedral mesh on the whole volume of the polarizer’s structure in the case of finite difference time domain method application with the required accuracy of calculation of the polarization characteristics of the developed waveguide polarizer with irises, which is equal to 0.2 dB. In addition, in the article we have revealed that the computation time of the finite difference time domain method is more than 2 times longer than the corresponding time required for the calculation using finite elements method in the frequency domain. In this case the corresponding number of hexahedral mesh cells in the finite difference time domain method is 10 times greater than the number of tetrahedral mesh cells required in the finite elements method in the frequency domain.uk
dc.description.abstractruСегодня для численного моделирования процессов распространения электромагнитных волн в разных устройствах СВЧ и антенных системах во временной области наиболее часто используют метод конечных разностей (Finite Difference Time Domain, FDTD), а в частотной области применяют метод конечных элементов (Finite Element Method, FEM). Следовательно, сравнение этих эффективных современных методов расчета является актуальной задачей. В настоящее время существует большое количество разновидностей этих численных методов, которые имеют свои преимущества и недостатки. В статье представлены результаты анализа и сравнения этих двух методов на примере моделирования электромагнитных характеристик поляризатора на основе квадратного волновода с пятью диафрагмами. В результате было получено, что сходимость коэффициента стоячей волны по напряжению для разработанного поляризатора является быстрой для обоих методов. Кроме того, было получено, что сходимость характеристик дифференциального фазового сдвига, коэффициента эллиптичности и кроссполяризационной развязки разработанного микроволнового устройства оказались значительно чувствительнее к используемому количеству ячеек сетки. Это количество было получено путем адаптивного разделения внутреннего объема структуры устройства на ячейки сетки. При применении метода конечных элементов в частотной области с необходимой точностью расчета поляризационных характеристик разработанного волноводного поляризатора на диафрагмах, равной 0,2 дБ, было установлено, что на весь объем конструкции поляризатора необходимо использовать не менее 120 000 ячеек адаптивной тетрагональной сетки. При применении метода конечных разностей во временной области с необходимой точностью расчета поляризационных характеристик разработанного волноводного поляризатора на диафрагмах, равной 0,2 дБ, было установлено, что на весь объем структуры поляризатора необходимо использовать не менее 1 200 000 ячеек гексагональной сетки. Кроме того, в статье установлено, что время вычислений методом конечных разностей во временной области более чем в 2 раза больше, чем соответственное время, необходимое для расчета методом конечных элементов в частотной области. При этом соответствующее количество ячеек гексагональной сетки в методе конечных разностей во временной области в 10 раз больше, чем количество ячеек тетрагональной сетки, необходимое в методе конечных элементов в частотной области.uk
dc.description.abstractukСьогоднi для чисельного моделювання процесiв поширення електромагнiтних хвиль у рiзних пристроях НВЧ та антенних системах у часовiй областi найбiльш часто використовують метод скiнченних рiзниць, а в частотнiй областi застосовують метод скiнченних елементiв. Отже, порiвняння цих ефективних сучасних методiв розрахунку є актуальною задачею. У наш час iснує велика кiлькiсть рiзновидiв цих чисельних методiв, якi мають свої переваги та недолiки. У статтi представленi результати аналiзу та порiвняння цих двох методiв на прикладi моделювання електромагнiтних характеристик поляризатора на основi квадратного хвилеводу з п’ятьма дiафрагмами. У результатi було отримано, що збiжнiсть коефiцiєнта стiйної хвилi за напругою для розробленого поляризатора є швидкою для обох методiв. Крiм того, було отримано, що збiжнiсть характеристик диференцiального фазового зсуву, коефiцiєнта елiптичностi та кросполяризацiйної розв’язки розробленого мiкрохвильового пристрою виявилися значно бiльш чутливими до кiлькостi комiрок сiтки. Цю кiлькiсть було отримано шляхом дiлення внутрiшнього об’єму структури пристрою на комiрки сiтки. При застосуваннi методу скiнченних елементiв у частотнiй областi iз необхiдною точнiстю розрахунку поляризацiйних характеристик розробленого хвилеводного поляризатора на дiафрагмах, рiвною 0,2 дБ, було встановлено, що на весь об’єм конструкцiї поляризатора необхiдно використовувати не менше 120 000 комiрок адаптивної тетрагональної сiтки. При застосуваннi методу скiнченних рiзниць у часовiй областi з необхiдною точнiстю розрахунку поляризацiйних характеристик розробленого хвилеводного поляризатора на дiафрагмах, рiвною 0,2 дБ, було встановлено, що на весь об’єм структури поляризатора необхiдно використовувати не менше 1 200 000 комiрок гексагональної сiтки. Крiм того, у статтi встановлено, що час розрахункiв методом скiнченних рiзниць у часовiй областi бiльш нiж у 2 рази тривалiший, нiж вiдповiдний час, необхiдний для розрахунку методом скiнченних елементiв у частотнiй областi. При цьому вiдповiдна кiлькiсть комiрок гексагональної сiтки в методi скiнченних рiзниць у часовiй областi в 10 разiв бiльша, нiж кiлькiсть комiрок тетрагональної сiтки в методi скiнченних елементiв у частотнiй областi.uk
dc.format.pagerangeС. 11-21uk
dc.identifier.citationПiльтяй, С. I. Числова ефективнiсть методiв FEM та FDTD при моделюваннi хвилевiдних поляризаторiв / Пiльтяй С. I., Булашенко А. В., Гергiль Є. Є. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2021. – Вип. 84. – С. 11-21. – Бібліогр.: 42 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2021.84.11-21
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/46587
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування: збірник наукових праць, Вип. 84uk
dc.subjectFDTDuk
dc.subjectFEMuk
dc.subjectFITuk
dc.subjectзбiжнiстьuk
dc.subjectмiкрохвильовi пристроїuk
dc.subjectхвилевiдний поляризаторuk
dc.subjectполяризатор iз дiафрагмамиuk
dc.subjectсупутниковi iнформацiйнi системиuk
dc.subjectдиференцiйний фазовий зсувuk
dc.subjectкросполяризацiйна розв’язкаuk
dc.subjectFDTDuk
dc.subjectFEMuk
dc.subjectFITuk
dc.subjectconvergenceuk
dc.subjectmicrowave devicesuk
dc.subjectwaveguide polarizeruk
dc.subjectiris polarizeruk
dc.subjectsatellite information systemsuk
dc.subjectdifferential phase shiftuk
dc.subjectcrosspolar discriminationuk
dc.subjectFDTDuk
dc.subjectFEMuk
dc.subjectFITuk
dc.subjectсходимостьuk
dc.subjectмикроволновые устройстваuk
dc.subjectволноводный поляризаторuk
dc.subjectполяризатор с диафрагмамиuk
dc.subjectспутниковые информационные системыuk
dc.subjectдифференциальный фазовый сдвигuk
dc.subjectкроссполяризационная развязкаuk
dc.subject.udc621.396uk
dc.titleЧислова ефективнiсть методiв FEM та FDTD при моделюваннi хвилевiдних поляризаторiвuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPIRR-2021_84_11-21.pdf
Розмір:
1.41 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 84