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回路と部品

飽和コア型限流器の状態空間形式モデリングとシミュレーション

CST EM STUDIO(CST EMS)による飽和コア型FCLの解析例です。電磁界ソルバーレベルのトランジェントシミュレーションによる解析と、静磁界シミュレーションをベースとして生成した非線形等価回路による解析の二通りの手法をご紹介します。

パルスジェネレータのダイレクト トランジェントシミュレーション

CST STUDIO SUITEは、3次元電磁界モデルを非線形定数素子や回路網に接続してダイレクト トランジェントシミュレーションを行うことができます。SRDパルスジェネレータのシミュレーションを通してこの機能の働きをご紹介します。

タッチスクリーン静電容量センサの電磁界-回路コシミュレーション

タッチスクリーンの部品設計に電磁界シミュレーションを使用した例をご紹介します。タッチスクリーンのセンサは、物体の存在や位置を静電容量に基づいて感知します。CST EM STUDIO(CST EMS)の静電界ソルバーには、電極システムのシミュレーションから容量行列を自動抽出する機能があります。電極上の指の位置をパラメトリックに変えて解析を行い、さまざまな指位置の行列を生成します。生成した行列は回路シミュレーションモジュールCST DESIGN STUDIO(CST DS)に自動的に送られ、そこで検出回路のシミュレーションと最適化を行います。

C-Bandオンアクシス定在波型線形加速器

線形加速器(リニアック)は広く加速器施設に使用される加速器です。軽い粒子の場合、円形加速管ではシンクロトロン放射の影響を受けるため使用上の制約があり、線形加速器が第一選択肢となります。産業応用では1MeV~25MeVまで加速するコンパクトな電子線形加速器が要求されます。CST MW STUDIO(CST MWS)とCST PSを使用して、荷電粒子と加速電界の相互作用と共に加速器構造の高周波特性を調べることができます。

CST MW STUDIOによる光学構造の特性評価

Hamburg University of TechnologyのStefan Prorok氏によるプレゼンテーション。光導波路で構成されるリング共振器やフォトニック結晶の光伝搬をCST MW STUDIOで計算してQ値を得ることができます。事例では、赤外線反射3Dフォトニック結晶の無限周期構造を例に、伝搬スペクトラムの角度依存性を周波数領域ソルバーで評価しています。最後に、GHz電気-光振幅変調器の応用を想定した2Dフォトニッククリスタル共振器について検討しました。(英語)

微細加工つづら折り導波路を応用した広帯域進行波管

動作周波数が高くなるにつれ部品を小型化する必要に迫られて、真空管コミュニティでも微細加工が常識になりつつあります。従来型の回路ではロバスト性が十分ではないためです。220GHz用に設計された微細加工のつづら折り導波路をCST PARTICLE STUDIOのParticle-in-Cell(PIC)ソルバーで解析した事例をご紹介します。

SARAFの1.5MeV/u 陽子・重陽子RFQ加速器

Soreq NRCのJ. Rodnizki氏によるプレゼンテーション。SARAF RFQは動作周波数176 MHzの四翼型RFQです。4 mA重陽子/陽子ビームをバンチし、20keV/nucleon DCから1.5 MeV/nucleon CWまで加速するように設計します。(英語)

電波暗室のモデリング

設定を工夫することによりシミュレーション時間の95%削減に成功した電波暗室の解析事例です。電波暗室の解析は元来非常に困難なタスクであり、Spiegel社の技術者も結果精度不足と解析時間の長さに悩んでいました。CST MICROSTRIPESの開発者との共同作業により、フェライト材質の吸収体を境界条件によってモデリングすることにより、メッシュサイズを15倍にし、計算時間を劇的に短縮することに成功しました。同じセットアップによる物理テストを行い、ほぼ一致する結果が得られました。

WiFi干渉問題:マグネトロンと電子レンジの解析

マグネトロンと電子レンジの設計をCST STUDIO SUITEの解析モジュールによるシミュレーションで支援します。CST PARTICLE STUDIOによる相互作用領域の解析に続いて、CST EM STUDIOで静電磁界の評価を行い、さらにCST MW STUDIOで電子レンジ内部の電磁界分布を評価、最後にCST MPHYSICS STUDIOで温度と変形に関わる考察を行います。

広帯域ホーンアンテナ

デュアルリッジホーンは広帯域利得の測定基準として広く使用されています。 SatimoのデュアルリッジホーンアンテナをCST MW STUDIO でモデリングとシミュレーションを行った事例をご紹介します。電気的サイズが大きいアンテナの解析ではCST MW STUDIO 時間領域ソルバーの効率の良さが活きます。1回のシミュレーションから高分解能の広帯域結果が得られます。この事例はSATIMO(伊)のご厚意と許諾により掲載します。

テラヘルツ領域:金属誘電体の広帯域近傍界アンテナ

アンテナをベースとする近傍界のイメージングと分光は、マイクロ波からテラヘルツ領域におよぶ広帯域のパルス電磁放射と連続波の両方に応用可能です。CST MW STUDIOでアンテナモデルを作成し、シミュレーションを行った事例をご紹介します。

進行波を利用した全身MRIシステムの解析と設計

OvG University MagdeburgのTim Herrmann、Johannes Mallow両氏によるプレゼンテーション。非侵襲の検査方法であるMRIの検査確率を高めるために、標準的な磁場 (1.5T-3T)より強力な7Tという超高磁場(UHF)システムが構築されています。超高磁場で問題となるB1磁場不均一の解決策として採用された進行波の概念に基づき、全身MRIシステムの解析と実測が実施されました。(英語)

多元的解析と最適化

多変量正規分布の理論を述べ、近似ループを可視化して説明しています。さらに、CST MW STUDIOを用いて導波管ハイブリッドジャンクションの感度解析、確率的シミュレーションを行い、その解析結果からMatlabのシステムシミュレーションの代用モデルを生成できることが示されています。(英語)

Xバンド円偏波スプラッシュプレートアンテナの設計におけるCST MWSの活用

円偏波スプラッシュプレートアンテナの設計において、CST MWSとTICRA POS & GRASPを共同活用した事例。まずCST MWSを使ってスプラッシュプレートを設計し、GRASPフィードファイル抽出マクロから遠方界パターン情報を出力した後、この情報をTICRA POSに取り込んで、フィードの位置とリフレクタの形状を最適化します。最終的にCST MWSとGRASPそれぞれでアンテナのパフォーマンスを計算し、実測データと比較した結果、CST MWSでは360度にわたってローレベルまでの一致が確認できました。最終的なアンテナパターンは、CST MWSで精度の良い計算を実現できます。(英語)

線形アクチュエータの動的シミュレーション

本事例を通して、エレクトロメカニカル問題に対する一般的なシミュレーション手法をご紹介します。シンプルな線形アクチュエータについて、まず3D静磁界シミュレーションを行い、電磁特性を得ます。それをSIMULINKに読み込み、電気と機械的な特性に関するシミュレーションを行います。

2キャビティモノトロンのPICシミュレーション

モノトロンは、DCエネルギーをRFエネルギーに変換するシンプルな構造のマイクロ波管です。CST PARTICLE STUDIOを使用してふたつのキャビティがあるモノトロンをシミュレーションした事例です。

シミュレーションを活用した高速マルチピンコネクタの設計フロー

バックプレーン用コネクタERmet zeroXTの設計フローの事例です。いくつもの設計ステージにCST MW STUDIOのシミュレーションを用いて、基本的な設計パラメータの定義や通信システム全体の特性の予測を行いました。

オプティカルリングカプラーのシミュレーション

CST MW STUDIOは光学分野にも応用可能です。250THzにおけるオプティカルリングカプラーの解析例です。

スキントレスXバンドホーンアレイアンテナ(96素子)

96放射素子からなるXバンドホーンアレイアンテナの解析事例です。全長2.4mのアンテナ全体構造のシミュレーションをCST MW STUDIOで行いました。平行して同じ構造の実機を作製して測定を行い、結果を比較しました。

円錐形電力結合器の最適化

Xバンド(6–14GHz)で動作する10方向電力結合器の事例です。CST MW STUDIOで形状の最適化を行い、測定結果と比較します。

ICパッケージのシミュレーション

標準的なICパッケージの寄生効果を解析した事例です。CST MW STUDIOはクロストークや信号遅延の解析を周波数領域と時間領域で行います。解析により求めたSパラメータと等価なRLC回路モデルを抽出する機能を備え、その回路モデルを使用して論理回路シミュレーションを行うことができます。

シングルモード結合バンドパスフィルタ (6ポール)

結合共振器フィルタのチューニング例。連続的にチューニングした共振器の入反射群遅延応答を使用してチューニングを行います。最適化過程では、モデルを分割してそれぞれに最適化を行い、結果をCST DESIGN STUDIOで接続するという方法により、スピードアップが図られています。

周期性のある導波管フェーズドアレイアンテナ

周期構造の解析例として、誘電体レドームのあるオープンエンド導波管フェーズドアレイアンテナのシミュレーションをご紹介します。ユニットセル機能により周期構造を模擬したシミュレーションを行い、平面波の重畳により合成した結果との比較を行っています。

進行波管の周期的固有モードシミュレーション

CST MW STUDIOは進行波管(TWT)のような周期性のある固有モード問題を解くことができます。計算結果としてピアスインピーダンスのほか群遅延や位相分散などの特性が得られます。

RFID リーダコイル 13.56 MHz

RF認証システム(RFID)は、認証、発券、アクセスコントロール、サプライマネジメントなどの分野で広く使用されています。ここではLegic Ident SystemsのRFIDリーダコイルP81をCST MW STUDIOで解析した事例をご紹介します。基板の公差に対する入力インピーダンスの感度を解析し、測定結果との比較を行っています。

整合回路のあるハイブリッドミキサのトランジェント・コシミュレーション

CST STUDIO SUITEの強みを生かした、電磁界(CST MW STUDIO)と回路(CST DESIGN STUDIO)のコシミュレーションの事例です。ハイブリッドミキサのフル3Dモデルと整合回路のシミュレーションを行います。測定結果との比較検証も行いました。

フェライトを付加した導波管アンテナ

フェライトを付加したアンテナについて、CST MW STUDIOでモデルを作成しシミュレーションを行いました。実機による測定結果と照合し、相関が取れていることを確認しました。

PBG構造の加速器部品

PBG構造をした粒子加速器部品の解析例です。CST MW STUDIO固有モードソルバーを使用してモード解析を行います。

デュアルモードキャビティの帯域通過導波管フィルタ

四面体メッシュの周波数領域ソルバーでシミュレーションした導波管フィルタの事例です。

マイクロ波プラズマ源

小型マイクロ波プラズマ源のシミュレーション事例です。電界分布を計算し、インピーダンスマッチングとプラズマの均質性の最適化を試みます。

5セクション=マイクロストリップ・ヘアピンフィルタ

クラシックなヘアピンフィルタの解析例です。3.6–4.3GHzの周波数帯で反射損失を–20dB以下に抑制することを目的としてCST DESIGN STUDIOで設計とチューニングを行います。さらに、同じレイアウトを使用してCST MW STUDIOの3次元電磁界シミュレーションを行い、結果を比較検証します。

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