アンテナ

ピルボックスアンテナ

タテヨコが17λ×40λという大型のピルボックスアンテナの計算例です。CST MW STUDIOの最初期に行われたシミュレーション事例です。

ビバルディアンテナ

MWEE誌のベンチマークに関する記事です。よく知られたソフトウェアプロバイダ数社がそれぞれの数値解析技術でビバルディアンテナの計算に挑みました。

バランのあるプリントダイポール

バランのあるプリントダイポールのシミュレーション事例をご紹介します。アンテナレイアウトは論文"3-D FDTD Design Analysis of a 2.4-GHz Polarization-Diversity Printed Dipole Antenna With Integrated Balun and Polarization-Switching Circuit for WLAN and Wireless Communication Applications" (Huey-Ru Chuang, and Liang-Chen Kuo, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 51, NO. 2, FEBRUARY 2003)に基づきます。

広帯域デュアルモードコニカルホーンアンテナ

回転対称形のビームと低レベルのサイドローブを有する広帯域デュアルモードホーンアンテナのシミュレーション例です。

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。

高電圧ブッシングの静電界シミュレーション

CST EM STUDIOの静電界ソルバーによる高電圧ブッシングのシミュレーション事例です。

高効率のリニア偏向全方位小型アンテナ

半径0.0415λの球の中にすっぽり収まる小型ダイポールのシミュレーションです。

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。

電磁ブレーキの静磁界シミュレーション

電磁ブレーキの特性を解析したCST EM STUDIOの静磁界ソルバーの事例です。

医療用X線管の静電界シミュレーション

X線管の破壊電界をCST EM STUDIOでシミュレーションした事例です。CADからインポートしたSTEPモデルを使用します。

TEAM Benchmark8 非破壊検査:クラックとソレノイド

クラックのあるステンレス鋼ブロックの上を差動プローブが移動するシミュレーション例です。計算結果を測定結果と比較します。(TEAM Workshop Benchmark Problem no.8)

電子銃の連続荷電粒子シミュレーション

ピアス型電子銃のシミュレーション例です。電気的サイズの大きいモデルをCST PARTICLE STUDIOで解析します。

干渉フィルタ

FSS(周波数選択性サーフェス)の解析例として干渉フィルタのシミュレーションをご紹介します。CST MW STUDIOでシミュレーションを行い、得られた結果を測定結果と比較します。

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。

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。

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。

SAR - 球体ファントムモデル

人体をファントムモデルで模擬することがあります。人体頭部を標準の球体ファントムで表現した事例です。

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。

MEMS コームセンサ

MEMS コームセンサの解析事例です。コームチップの形状による応力の違いを確認します。さらに構造全体のシミュレーションを行います。

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。

RFID トランスポンダ 13.56 MHz

インターネットで入手した外寸データを基にRFIDトランスポンダをモデリングし、CST MW STUDIO周波数領域ソルバーで解析を行いました(13.56 MNz)。 シンプルな共振回路を等価回路として使用した回路モデルと 3D モデルの両方のインピーダンスカーブを比較しています。

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。

HUGO人体モデル

HUGOは解剖学的データに基づく人体組織データセットです。CST STUDIO SUITE のダイアログで組織を選択してインポートし、医療応用やSARの解析に使用することができます。

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。

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。

高効率なリフレクターフィードアレイの解析

19素子の大型アレイアンテナのCST MW STUDIO(CST MWS)解析例です。CST MWSではメッシュセル数とメモリ必要量がほぼ線形の関係にあるため、100素子以上のアレイも計算可能です。同時励起機能により、1回のシミュレーションで遠方界分布が得られます。また、パラメータスイープを実行し、給電位置がSパラメータに与える影響を観測しました。

TEAM Benchmark7 非対称な導体モデル

孔のあるプレートとコイルのシミュレーション事例です。CST EM STUDIOの低周波渦電流ソルバーでモデリングと計算を行いました。

低電圧回路遮断器のEFT/B感受性

LV-CB(低電圧回路遮断器)電子制御スキームによる2枚のPCBについてCST MW STUDIOでコンポーネントレベルの結合電圧を計算した事例です。どちらのPCBについても測定結果と良好な相関を示す計算結果が得られました。

シールディング筐体のモデリングと測定

アンテナを励起源とするシミュレーションにより筐体の遮蔽効率を計算した事例です。CST MW STUDIOで求めた結果を、基準装置を用いた測定結果と比較しています。

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。

円偏波パッチアンテナの設計

RFIDリーダー用アンテナの最適化事例です。3種類のアンテナについてそれぞれシミュレーションを行うと共に実機を製作して測定を行い、結果を比較しました。

コプレーナウェイブガイドの左手系波動伝搬

CST MW STUDIOを使用してSRR (Split Ring Resonators )のモデリングとシミュレーションを行った事例です。SRRと連結され、信号とグラウンドを結ぶワイヤによって周期的に励起されるCPWの左手系伝搬波が、インダクタに似た特性を示します。CST MW STUDIOでシミュレーションを行い、論文のデータと良く一致する結果を得ました。

2キャビティ・デュアルモード通過帯域フィルタの熱解析

デュアルモードフィルタ内部の温度分布の解析事例です。まずCST MW STUDIOで損失のある金属材質のキャビティ内部の電磁界を解析し、そこで得られた電流密度分布を熱源としてCST MPHYSICS STUDIOで熱シミュレーションを行います。

コンパクトなアンテナのシミュレーション

電気的サイズの大きいアンテナの解析事例をご紹介します(この事例の設計データと解析結果は仏・Chelton Antennas のご協力とご好意により掲載します)。CST MW STUDIO 時間領域ソルバーの優れたメモリ効率により、直径20波長におよぶ大型アンテナのシミュレーションが実行可能となります。

コルゲートホーンアンテナの位相中心の計算

垂直偏波のコルゲートホーンアンテナの位相中心を計算した例です。 Kathrein Werk KG(独:Rosenheim)による測定結果もご紹介します。

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。

周期的ナノ構造: 薄膜シリコン太陽電池の光トラッピング

ナノ構造のインターフェイスのある薄膜シリコン太陽電池を解析した事例です。シミュレーションの結果は実験結果と良好な相関が取れ、薄膜太陽電池のナノ光学的解析におけるFITの有効性と信頼性が示されました。この事例は CST European User group Meeting(2006年3月)における発表を基に、C.Hasse氏とH.Stiebig氏(Forschungszentrum Juelich)のご厚意と許諾を得て掲載します。

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。

マルチバンド・モノポール UWB アンテナ

マルチバンド無線システム用のバンドノッチ・平面モノポールアンテナの解析例をご紹介します。 U字型のノッチフィルタを入れた広帯域平面モノポールは、マルチバンドアンテナや狭帯域ノッチを有するウルトラワイドバンド(UWB)アンテナの作出に適します。事例ではノッチフィルタの入れ方を変えて3通りのシミュレーションを行い、ノッチ特性を調べています。

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。

凹型コレクタのシミュレーション

Rijnhuizen自由電子メーザー(FEM)に用いられるマルチステージ凹型コレクタの解析例です。許諾を得て、Pulsar PhysicsのシミュレーションをCST PARTICLE STUDIOで再現しました。(M.J. de Loos, S.B. van der Geer, Pulsar Physics, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, Vol 139, 1997.)

DNG(Double Negative)材質のモデリング

誘電率と透磁率が共に負であるDNG材質の解析事例です。CST MW STUDIOの分散材質モデルを使用してシミュレーションを試み、モデルの有効性を確認しました。

フォトニック結晶のシミュレーション

CST MW STUDIOを使用してフォトニック結晶のモデルを作成した事例です。コンパクトな形状モデルに周期的境界条件を設定することにより、バンドギャップ構造を効率よく模擬し、シミュレーションを実行することができます。

ボックス上のアンテナ位置問題

論文に発表された形状と結果を参照して、立方体ボックスの上に設置したモノポールアンテナの入力インピーダンスを計算した事例です。CST MW STUDIOのIntegral Equation ソルバーを使用してモデリングとシミュレーションを行い、結果を論文の結果と比較します ( "The Input Impedance of a Monopole Antenna Mounted on a Cubical Conducting Box“ by Shyamal Bhattacharya, Stuart A. Long, Donald R. Wilton. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. AP 35, No. 7, July 1987.) 。

UWB プリント円形ダイポールアンテナ

独特な給電システムと円形アームのある UWB ダイポールアンテナについて、CST MW STUDIO でモデリングとシミュレーションを行った事例です。IETR-INSA / Thomson R&D France の設計によるアンテナは、3–10 GHzの広帯域で良好なマッチングを示し、6 GHz 以下の帯域で全方位放射分布を示します。

光ピンセットの電磁界シミュレーション

光領域における近傍界分布を計算した事例です。論文”Theory of Nanometric Optical Tweezers&dquo; by Lukas Novotny, Randy X. Bian, and X. Sunney Xie, Physical Review Letters, Volume 79, No. 4, 28 July 1997. に基づき、金属オブジェクトと誘電体オブジェクトにDrude 分散材質プロパティを定義し、シミュレーションを行います。

高電圧用絶縁体の準静電界近似シミュレーション

CST EM STUDIO の準静電界ソルバーの事例です。高電圧用絶縁体表面の電界を計算し、静電界ソルバーの計算結果と比較します。

コリメータのwakefieldシミュレーション

CST PARTICLE STUDIOを使用してコリメータ内部のwakefield効果を計算した事例です。wakefield効果は事例のような線形コライダー加速器部品の設計において重要です。

ビーム位置モニタのwakefieldシミュレーション

CST PARTICLE STUDIO を使用してピックアップモードのビームポジションモニターを解析した事例です。使用したビームポジションモニターは、ドイツ国立重イオン研究所(Gesellschaft für Schwerionenforschung(GSI): Darmstadt、独)の電子ストレージリングに使われているものと同様な4分の1波長の電極です。

GIS(ガス絶縁型開閉装置)のシミュレーション

50HzでGISを解析した低周波解析の事例です。Pro/E(R)からインポートしたモデルデータに三相のソースを定義してシミュレーションを実行し、三相導体の電流分布を得ました。

静電気放電(ESD)のモデリング

ESDイミュニティ試験をCST MW STUDIOで模擬する可能性を示した事例です。ESD ジェネレータ(ガン)を簡略化したモデルを作成し、測定結果に基づき最適化します。そのモデルをシールド筐体に装着してシミュレーションを行いました。

磁気注入バルブの静磁界シミュレーション

CST EM STUDIO(CST EMS)の非線形静磁界ソルバーによる磁気注入バルブの解析事例です。CST EMSのフルパラメトリック機能とモデラー機能により作成したモデルを使用し、電機子のギャップおよびコイル電流の変化と電機子の力との相関をシミュレーションにより求めます。

人体頭部と手と携帯端末のシミュレーション

SAMファントムのような人体頭部モデルを使用する携帯端末のシミュレーションは現在では日常的に行われ、端末の性能を確認すると同時に、SAR基準コンプライアンスのチェックのために使用されています。とはいえ電磁界に大きな影響を及ぼすのは頭部だけではありません。Sony Ericsson製の携帯端末について、CADインポートモデルにSAMファントムの頭部と手を組み合わせて、現実的な使用状況を模擬した事例です。

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。

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。

誘電半空間の平面波相互作用@60THz

CST MW STUDIO(CST MWS)を使用して無限の誘電半空間と60THz平面波入射をモデリングし、反射と伝送を計算した事例です。既知の解析解のある問題についてシミュレーションを行い、計算結果を理論値と比較検証します。そうして検証されたシミュレーション手法を用いて、既知の解析解の無い一般的な形状のシミュレーションを行い、解を得ます。

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。

クライストロン出力共振器のPIC(Particle-in-Cell)シミュレーション

CST PARTICLE STUDIOのPic(Particle-in-Cell)ソルバーによるクライストロン出力共振器の計算例です。CST MW STUDIOの解析環境を継承したPICソルバーでは、出力電力や時間依存界などの情報を容易に抽出することができます。

携帯端末のアンテナ性能

電気通信分野の開発設計は、消費者の要求に応えようと努力を重ねる間に長足の進歩を遂げました。シミュレーションはその設計フローで重要性を増し、アンテナレベルに留まらず環境レベルにおいても不可欠なツールとなっています。本事例では携帯端末設計の各段階においてシミュレーションと測定を行い、結果を比較しました。

肝臓のRF温熱切除療法における温度の影響

肝臓がんの温熱療法を人体モデルとカテーテルモデルで模擬し、人体組織内部の加熱を計算した事例です。時間領域ソルバーを使用して電磁界分布を計算した後、熱ソルバーを使用して誘導電流を熱源とする熱シミュレーションを行います。

磁気記録装置の3Dモデリング:ESDとSI解析

日立グローバルストレージテクノロジーズのJohn Contreras、Al Wallash両氏によるプレゼンテーションです(CST 5th North American Userforum, 2008)。ESD/SIに関わるハードディスクドライブの諸問題に対しCST STUDIO SUITEが使用された事例です。(英語)

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。

650 GHz後進波発信器のシミュレーション

CST PARTICLE STUDIOを使用した、インターディジタルBWOの解析例です。過渡電磁界と荷電粒子運動の相互結合を考慮できるPICコードにより、理論値と良く一致した結果が得られました。本事例の内容は、Teraphysics Corporation(米)のご厚意と許諾により掲載します。

3D EM シミュレーションツールによるRFIDシステムデザイン

さまざまな形状が許容されるタグの自由度の高さ、電磁界と回路のハイブリッドシミュレーションによるシステム解析、タグ形状とセンサー位置の最適化によるデザインゴールの達成などを内容としたRFID Europe 2008 カンファレンスにおけるプレゼンテーションです。(英語)

自動車の乗客が受ける400MHz電磁波の影響

自動車に使用されるトランスミッタは、電磁波とEMCの両方の点で乗客の健康と安全を脅かす可能性があります。自動車EMCに関する指令(2004/104/EC)によって自動車メーカーは、EMCを損わない周波数、電力、アンテナ位置を明確に示すように要求されています。TLMソルバーを使用したオートモティブ シミュレーションの事例をご紹介します。(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。

抵抗スポット溶接ガンの3次元電磁界シミュレーション

抵抗スポット溶接ガン(RSWG)の3D電磁界モデルを作成してシミュレーションを行い、等価回路パラメータを抽出した事例です。この種の溶接ガンではパラメータを確定するのが容易ではありません。トランスや電子コンバータであれば電気特性は既知であるか、未知であっても標準的な手順で測定できますが、ガンのパラメータは知られておらず測定も困難です。3次元電磁界シミュレーションを使用してこれらのパラメータを確定し、システムの特性を知ることができます。

スピードメータの非線形3次元電磁界シミュレーション

自動車部品のサプライヤーは設計プロセスにいち早く数値解析を取り入れ、開発サイクルの短縮と生産コストの削減を実現した業種のひとつです。スピードメータに使用されるステッパモータの3Dシミュレーションをご紹介します。

三相線形永久磁石発電機

管状永久磁石発電機の設計に電磁界シミュレーションを使用した事例です。パラメトリックな解析によってシステム特性を確認し、最適化の基準を定義します。Andrea Pirisi, G. Gruosso, Riccardo E. Zich の各氏による事例です(the Politecnico di Milano, Italy: 英語)。

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。

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。

三相GIBの非線形3Dトランジェントシミュレーション

非線形材質と渦電流の両方に関係する問題は、通常は定常渦電流ソルバーでは解くことができず、過渡(トランジェント)ソルバーが必要になります。CST EM STUDIOの低周波トランジェントソルバーは任意の時間信号を励起信号とすることができ、この事例のような短絡回路のGIB(ガス絶縁母線)も計算可能です。バスバーにかかる応力と損失を時間関数として導出します。

STPケーブルのクロストーク

CST CABLE STUDIOでシールドツイストペアケーブルのモデリングとシミュレーションを行った事例です。まず完全なソリッドシールドを基準としてブレードケーブルの品質を測り、次にシールド無し、弱いシールド、高品質シールドの三種類のツイストペアケーブルについて、それぞれクロストークを計算します。測定結果との比較検証が可能なシミュレーションのリアリスティックなセットアップについて説明します。

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。

6~18GHz・20W進行波管アンプの電子銃

すべての荷電粒子の応用は電子銃から始まります。電子銃のなかでDC電力はビームに変換され、ビームはさまざまな電磁構造との間で相互作用を起こします。CST PARTICLE STUDIOのTrackingソルバーによる電子銃の解析と設計例をご紹介します。

非破壊検査用磁気誘導機器の3D静磁界解析

強磁性体材質ロープの非破壊検査に使用する磁気誘導機器の設計に、3D静磁界解析を利用した例をご紹介します。(英語)

プラズモン ナノアンテナのシミュレーション

論文"Comparison of electromagnetic field solvers for the 3D analysis of plasmonic nano antennas" by Johannes Hoffmann, Christian Hafner, Patrick Leidenberger, Jan Hesselbarth, Sven Burger, Proc. SPIE Vol. 7390, pp. 73900J-73900J-11に基づくナノアンテナのシミュレーションです。直径 80nm の金材質の球を二つ並べ、その間の僅か 1nm の間隔に生じる電磁界分布を時間領域と周波数領域でそれぞれ計算しました。どちらのソルバーでも、論文に記載された基準解(半解析解)とほぼ一致する結果が得られました。

プリント基板のシグナルインテグリティとパッケージ設計

Avago Technologies, Inc. のZ. Shen氏によるプレゼンテーション(Innovations 2009 workshop series)。オプティカル トランシーバーシステムにおけるASICチップ間の高速伝送の解析事例です。(英語音声:28分)

レーダーシステムにおけるMIMO理論とその応用

J. Guerci氏によるWebinarの一部(2009)。MIMOの理論的な解説とレーダーへの応用が主な内容です。(英語音声:33分)

MIMOアンテナの最適化設計

CST of AmericaのJ. FejfarによるWebinarプレゼンテーション。MIMOによるダイバーシティ技術で移動体通信を高速化する手法に関して、シミュレーションを使用して複数のアンテナ間の相関の最適化設計を行います。(英語音声:11分)

環境非依存型小型アンテナ

Holst Centre – IMEC-NLのHubregt J. Visser博士(PhD)による、周辺環境に依存しない装着式小型アンテナの設計に関するプレゼンテーションです。シールドや樹脂封入によりアンテナに環境非依存性を持たせます。(英語)

衛星搭載アンテナの広角放射分布を効率よく解析する

Thales Alenia SpaceのMarcello Zolesi氏によるプレゼンテーション。欧州の地球観測用 低軌道衛星(Low Earth Orbit:LEO)の管制機能(TT&C)用アンテナを題材に、広角のアンテナ放射分布を解析した事例をご紹介します。(英語)

被災者を探知するアンテナの設計

IETRのFloc'h Jean Marie氏によるプレゼンテーション。生き埋めとなった被災者を探し出すために、UWBドップラーレーダー技術を用いたアンテナが使用されますが、生存者の動作や呼吸などの微弱な反射信号を、周囲の雑音の中から探知するのは非常に困難です。そこで、軽量で持ち運びが便利な2つのフレア付きアンテナが設計され、解析と実測が実施されました。(英語)

近傍電磁界測定用プローブの校正とEMCスキャンシステム

University Erlangen-NurembergのMatthias Spang氏によるプレゼンテーション。CST MW STUDIOを用いて電磁界プローブ校正用のフィールド分布を計算した事例です。計算とあわせて、平面波理論を使ったプローブ補正技術について述べています。2種類の電磁界プローブを装置へ取り付け走査測定を行い、近傍電界と近傍磁界の強度分布図を取得して電磁界解析結果と比較しています。(英語)

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)

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)

CST MWSとMode Frontierを使用したアンテナ設計と最適化

RafaelのYael Kaldor氏によるプレゼンテーション。大型のプラットフォームに設置した小型アンテナのシミュレーションと最適化の事例です。要求仕様は広帯域、過酷な環境に耐えること、反射損失は30%超の帯域幅で最大 -8 dB(VSWR 2.2:1)でした。CST MW STUDIOでモデリングとシミュレーションを行いました。(英語)

UWBアンテナ用バンドノッチフィルタの設計

Technical University EindhovenのAd Reniers氏によるプレゼンテーション。3.1–10.6GHzの広帯域で動作するUWBアンテナが5–6GHzのWLAN帯との干渉を避けるためのフィルタを設計します。 低コストな平面型フィルタのひとつ、ノッチフィルタの最適化設計をCST MW STUDIOを用いて行った事例です。(英語)

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)

UWBアンテナにおけるインパルス応答の特定

CST MW STUDIOでシミュレートされたUWBコーンアンテナの広帯域遠方界周波数特性に対して、MATLAB上でWienerフィルタを適用し、逆畳込み積分による送信インパルス応答を解析しました。また、GTEMセル環境での実測も行い、Weighted Dirac impuluse モデルにより得られた送信インパルス時間応答がシミュレーション結果と完全に一致することを確認しています。(英語)

MRI用RFコイルの設計

Max Delbrück Center (MDC)の超高磁場施設では核磁気共鳴画像法(MRI)に用いるRFコイルの設計にCST MWSを利用しました。形状サイズをパラメーター化したコイルモデルとITISが提供する人体モデル“Virtual Family“を組み合わせて解析を行い、磁界分布とSARに対して最適なコイル形状を求めました。(英語)

磁性体の非線形特性を考慮に入れた誘導加熱の解析

数kHz、数kAという低周波、高電流の誘導加熱のシミュレーション例です。低周波では鉄の非線形特性を 考慮しないと正確な結果が得られないことが示されています。比透磁率をパラメータ化して、最適な加熱 特性が得られるようシミュレーションを繰り返します。(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)

VBAマクロによるタイヤ及び周辺構造の自動モデリング

自動車のタイヤに内蔵されるセンサの電磁界解析を行うにあたり、タイヤの変形等を含めた様々な条件をVBAマクロによって自動的に作成します。 複雑な構造のモデル化のみならずメッシュ設定やField Monitor等の設定もマクロ化し、パラメータスタディの自動化に成功した例をご紹介します。(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)

LHM Split Ring Resonators(SRRs)における後進波伝搬

スプリットリング共振器(SRRs)の密配列構造は電磁波結合効果によってジャイロトロピックな双異方性媒質の特性を示す、との論文に基づく解析例です。特定周波数範囲において負の屈折率を示すSRRs媒質の内部で後進波が伝搬する様子を、CST MW STUDIOのシミュレーションで観測しました。

近接センサーへの理解を深める - Microdul

Microdul AGは、離れた場所からでも検知が可能な近接センサチップを製造しています。環境からの干渉と正常なスイッチング動作の判別を確実に行うセンサーを目的として解析が行われました。

開口効率を高めた誘電体レンズアンテナ

距離を計測するレーダーの仕組みは、産業用タンクの貯蔵レベルの計測に用いられます。タンクのフランジに収まるほど小型でしかも鋭い指向性を有するという要求仕様を満たすレーダーとして、誘電体レンズアンテナを考慮します。シミュレーションと最適化を行い、測定結果とよく一致する解析結果が得られました。

歯科医療用レントゲン装置のコストダウン設計 - Sirona

Sironaは臨床歯科分野で幅広いソリューションを提供しています。口腔内X線装置の開発では高電圧部の位置決めが重要なポイントです。SironaはCST EM STUDIOを使用して最適点を効率よく検出し、試作回数や時間を大幅に短縮することに成功しました。(英語)

Kuバンド進行波管

進行波管の電磁界・電子運動解析を行った事例です。電子銃はChild則に従い、電子を遅波構造に入射します。遅波構造内で電子が発散しないように周期的永久磁石(PPM)で集束磁界を発生させ、また、遅波構造の電磁界特性は固有値解析により得ています。PICによる時間領域の電子の挙動をシミュレーションした結果、信号の増幅は46.5dBとなりました。(英語)

産業用低電圧回路遮断器の電磁界シミュレーション

CST EM STUDIOの応用例として回路遮断器のシミュレーションをご紹介します。CATIAからインポートしたモデルにパラメータを割り当て、パラメータスイープと最適化を行います。遮断器モデルは BTicino SpA(伊)のご厚意と許諾により掲載します。

24kV SF6ガス絶縁リングメインユニットにおける開閉器の静電界シミュレーション

電力工学分野の応用事例として、ABB(ABB Distribution, Skien, ノルウェー)[1]の中電圧向けSF6ガス絶縁リングメインユニット負荷開閉器のシミュレーションをご紹介します。本事例のCADモデル画像は、ABB社(ABB, Bad Dättwil, スイス)のご厚意により掲載します。

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。

フォトニック結晶空洞のシミュレーション

CST MW STUDIOのトランジェントソルバーを使用して、点欠陥のあるフォトニック結晶空洞を計算した事例です。空孔を一点欠落させた高屈折率スラブの三角格子を使用し、共振周波数とQ値(intrinsic Q)と共振モードにおける電磁界分布を求めます。

高インピーダンス表面とウィルキンソン分配器を用いた方形ループアンテナ

高インピーダンス表面(HIS)を使用した平面状方形ループアンテナの解析例をご紹介します。AMCに類似した特性のHISにアンテナを近接配置することができるため、構造をより薄く、コンパクトにする可能性が開けます。4方向ウィルキンソン分配器を用いて同相信号を入力し、ドーナツ状の放射分布が得られました。より現実に即した解析を行うために、分配器とケーブルを含めたアンテナシステムのシミュレーションを行いました。

航空機燃料システムの電磁モデル

EADS Innovation Worksによる航空機燃料システムのシミュレーション事例です。給油時のタンク充填率をモデリングする内製コードの開発に関連して、CST EM STUDIOの静電界ソルバーを使用したシミュレーションとコードによる計算を行い、結果を比較検証しました。

SRモータの電磁界シミュレーション

SRモータの最適化設計には磁石設計と動的性能の2つの側面があります。SRモータのシミュレーションは、CST EM STUDIO(CST EMS)の2Dまたは3D静磁界ソルバーで行うことができます。

表面永久磁石モータのコギングトルク計算

4極表面永久磁石モータ(PMSM)のコギングトルクを計算した例です。角度をパラメータとするパラメータスイープを行い、ロータにかかるトルクを計算します。この計算には永久磁石があればよく、固定子巻線の励起は不要のためモデル化していません。

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。

通信用アレイアンテナの設置後の性能

電波塔に通信用アンテナをいくつも設置するとき、設置場所の選択が重要な問題となります。電磁界シミュレーションはアンテナの設計だけでなく、電波塔での配置の最適化にも使用できます。この資料ではCST STUDIO SUITEのソルバーを何種類か組み合わせて使用して、バイコーンをスタックした全方位アレイアンテナの最適設置場所を導出する方法を詳しく説明します。

アンテナ整合回路の最適化

アンテナ設計にはインピーダンス整合が欠かせません。アンテナの入力インピーダンスとアンプのインピーダンス(たとえば50 Ohm)の整合が取れていないと、アンテナから放射するはずの信号がアンプに反射します。通常はディスクリートインダクタやキャパシタと伝送線路からなる整合回路でアンテナのインピーダンスを整合します。このホワイトペーパーではアンテナ整合回路の最適化について解説します。整合回路の設計は一見難しくなさそうですが、実際にはさまざまな配慮を必要とします。

車載マルチメディア機器のEMC対策と最適化 - Continental

ContinentalによるCSTソフトウェアを使用したEMC設計の事例です。シミュレーションによりパラメータの意味や関連性を明らかにすることは製品開発にさまざまなメリットがあります。たとえばバーチャルプロトタイピングでは繰り返しのループ回数が減少し、開発期間を短縮するとともにNREコストを削減できます。また、シールディングやフィルタといったノイズ対策部品無しで要求水準の達成が可能なことがシミュレーションで確認できれば、部品表の項目を削減でき、PCB領域の節約にもつながります。EMCを開発工程における設計パラメータのひとつと捉えることで、最先端のアーキテクチャの導入が可能となり、技術革新とともにコスト削減と品質向上を進めることができます。

エレクトロメカニカル機器のマルチドメインシミュレーション

エレクトロメカニカル機器の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。CST EM STUDIO(CST EMS)で静磁界シミュレーションを行い、その結果から等価回路を抽出することによりエレクトロメカニカル機器のモデル化が可能です。抽出した等価回路モデルを使用して、CST DESIGN STUDIO(CST DS)で機械力学と電気回路の結合シミュレーションを行います。

PETRA III トロイドの熱負荷

トロイドはビーム電荷を測る目的で使用される加速器部品です。CST PS のウェイクフィールドソルバー(WAK)でビームのエネルギー損失をシミュレーションし、トロイド内部で誘起される熱負荷を計算します。それをもとに、部品が達する最高温度を定常熱ソルバーでシミュレーションします。

本事例はDESY(Hamburg. Germany)のご厚意により掲載します。

強電機器の電極:モデリングと最適化

本事例では、スイッチギヤに使われる電極の最適化計算をご紹介します。この解析は基本絶縁レベル(BIL:Basic Insulation Level)テストを模擬することを目的とし、静電界ソルバーで電界を計算します。

光増幅器の非線形シミュレーション

三次非線形のSOI導波路を光領域でモデリングした事例です。非線形性が縮退四波混合効果をもたらし、導波路を光増幅器として使用する道が開けます。

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。

解剖学的人体モデルによるインプラントアンテナの評価

解剖学的人体モデルを使用したシミュレーションによりインプラントアンテナの性能評価を行った事例です。精緻な人体モデルの使用により、簡易モデルでは得られない正確なデータが得られます。

5MeV 電子ビーム用双極子電磁石スペクトロメーター

論文に基づく解析事例です。双極子電磁石に粒子を入射するシミュレーションを行い、粒子軌道に沿う磁束密度を計算します。さらに粒子軌道解析を行い、粒子エネルギーの違いにより曲率半径が変化する様子を可視化します。

マイクロストリップパッチアレイの設計

単一素子のアンテナに比べ、アレイアンテナは高い指向性を示します。この指向性の高さはアレイ素子間の干渉効果によるものであるため、各素子の位相と振幅、さらに素子間の間隔の最適化が必要となります。CST STUDIO SUITEの回路ソルバーと3Dフルウェーブソルバー、および最適化ツールによるWLAN周波数プレーナマイクロストリップパッチアレイの設計プロセスをご紹介します。

トランス負荷時タップ切替装置の誘電破壊シミュレーション

通常は設置時まで行えないシステム全体の試験を、シミュレーションで模擬することができます。CST EM STUDIO の静電界シミュレーションで、トランスやタップリードが電界強度に及ぼす影響を調べました。

電磁界シミュレーションによるトランス等価回路の導出

電磁部品の解析において過渡電磁界のフルシミュレーションに代えて等価回路を使用する方法は、突入電流のような現象が観測される場合は特に効率のよいアプローチです。CST EM STUDIOの静磁界ソルバーとSAM機能を使用して、2つの標準的なトランスのテストから50Hz過渡電磁界の等価パラメータを抽出する事例をご紹介します。

電源トランスの最適化 - Siemens AG

さまざまな要求仕様や応用のそれぞれにカスタマイズされたソリューションを提供すること。それがSiemens Energy T TR PN の使命です。ファーネストランスやコンバータトランス、あるいは200MVAを上回るレーティングの高電圧直流トランスに定型のソリューションはありません。設計ごとにトランス設置の最適化を行う必要があります。CST EM STUDIO の3D 電磁界シミュレーションと最適化機能がカスタムソリューションの導出を支援します。

超広帯域高出力進行波アンテナ

高出力マイクロ波(HPM)進行波アンテナの設計と実装の事例です。アンテナの駆動は高出力の単発信号発生器により 出力-3dB、パルス幅1ns、ピーク電圧100kV以下で行います。信号発生器には出力用の中空同軸導波管が搭載されているため、同軸導波管と平行板の間のトランジションについても設計と製作を行いました。まずシステムの物理的な寸法、電気的パラメータの理論値および特性をMATLABで計算した後、CST STUDIO SUITEでアンテナの構成要素をモデル化し、計算と最適化を実行します。さらにCADエクスポート機能を使用してシミュレーションモデルから製作モデルと回路図を作成します。製作したアンテナの測定を行い、シミュレーションの結果と比較します。

隈取リングセンサの静磁界シミュレーション

渦電流センサの設計に静磁界シミュレーションを利用した例を紹介します。解析したセンサは自動車部品の一部で、列型噴射ポンプの制御棒などの位置を感知する隈取リングセンサです。シミュレーションを通じてCST EM STUDIO(CST EMS)のソルバー機能とワークフローについて説明します。

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。

THz応用に向けた新しい遅波構造の設計とシミュレーション

THz領域応用に向けた遅波構造の解析例をご紹介します。”quasi parallel plate”と呼ばれる新しい遅波構造の初期設計と検証に電磁界シミュレーションを使用します。さらにPicソルバーを使用して、この遅波構造を用いた後進波発振器(BWO)のシミュレーションを行います。

フェイズドアレイアンテナの設計

移動体衛星通信用Lバンド平面アンテナの設計事例を通して、Antenna Magusのアレイ合成機能とCST MW STUDIO(CST MWS)のフルウェイブシミュレーションを使用してアンテナ設計を効果的に進める方法を具体的に説明します。

レールホイールセンサの設計 - Frauscher Sensor Technology

Frauscher Sensor Technologyは1987年以来、高品質な誘電センサ関連製品の開発と製造に携わってきました。なかでも鉄道運行の安全性に責任を負う信号システムと制御システムのセンサに力を入れています。鉄道信号装置は最高レベルの安全基準をクリアする必要があるため、シミュレーションではセンサの性能を損なうおそれのあるものすべてを考慮に入れ注意深く行う必要があります。これをクリアするためFrauscherは設計プロセスにCST STUDIO SUITEの電磁界シミュレーションを導入しました。

BepiColomboアンテナの設計 - Airbus Defence and Space

BepiColomboは水星探査を目的とするESA(欧州宇宙機関)とJAXA(宇宙航空研究開発機構)のジョイントミッションの名称です。Airbus Defence and Space(Airbus DS)はESA側の主契約者としてこのミッションに参加しています。水星オービタに搭載される複数のアンテナシステムの性能が太陽光パネルや計器類によって損なわれることのないように、綿密なシミュレーションが行われました。

プロトタイプビルドをシミュレーションでリプレイス - Convergentia

Convergentia(Oulu、フィンランド)は家電業界を中心とする世界中の顧客企業に向けてバーチャルプロトタイピングのソリューションを提供する世界初のバーチャルビルド ファクトリーです。セル、Wi-Fi、GPSの三つの方式の無線システムのそれぞれにアンテナが必要とされるポータブル電子機器について、物理的なプロトタイピングをバーチャルプロトタイピングに置き換えることにより工程数の削減と部品開発時間の短縮に成功しました。

隈取磁極型誘導電動機の電磁界シミュレーション

家電や低電力機器に使用される隈取磁極型誘導電動機は、構造がシンプルでコストが安く堅牢という多くの長所を備えています。その反面、効率が低く、始動トルクが小さいことでも知られています。シミュレーションを利用して、このような短所を是正することができます。この種の電動機には標準の等価回路が用意されていないので、数値解析が特に役立ちます。

メタマテリアルに基づく部品設計とシミュレーション

メタマテリアルは自然界の材質にはみられない特徴的な電磁特性を示し、さまざまな種類があります。新しいメタマテリアルの開発では、マテリアルのバルク特性とマテリアルを構成する素子の解析をシミュレーションにより行うことができます。共振器の設計から部品の実装に至るまでのワークフローを通してCST STUDIO SUITEが活用された事例をご紹介します。

トルクの最適化: トラクション用永久磁石同期電動機(PMSM)

自動車や輸送システムのトラクションに使用される永久磁石同期電動機(PMSM)(8極200Hz)について、平均トルクを最大化すると共にトルクリップルを最小化することを目的としたシミュレーションと最適化の事例をご紹介します。

同軸磁気ギアの電子機械的カップリング・シミュレーション

磁気により応力伝達する磁気ギアは、機械式ギアのようなパーツ同士の接触による騒音が無く、磨耗による損失もありません。高トルク密度の達成を目的として、主に電気機械に使用されます。本資料ではCST EM STUDIO(CST EMS)によるシミュレーション事例を紹介し、このタイプの磁気トルクの解析手順と便利な機能について説明します。

気象観測ロケット用デュアルバンドアンテナ

気象観測ロケットは主に高高度実験のために開発され、教育機関や低コストの研究に多用される比較的小型のロケットです。搭載するアンテナは、軽量、コンパクトで全方位性であることが求められます。また、どこかに引っかかったりしないようにロケットと一体化させる必要があり、この点が設計を難しくしています。本資料ではENSEIRB-MATMECA(Bordeaux Institute of Technology)のグループが手がけたCST STUDIO SUITEによるアンテナの開発をご紹介します。

大電力マイクロ波源 - フィードバックのあるダブルギャップ・バーカトールのシミュレーション

CST STUDIO SUITEの解析ツールのひとつであるCST PARTICLE STUDIO(CST PS)では、電子ビームと電磁界の相互作用により大電力マイクロ波管のシミュレーションを行うことができます。本資料では、空間電荷効果の考慮が可能で完全に相対論的な、自己無撞着のparticle-in-cellソルバーを使用した、バーカトール(バーチャルカソードオシレータ)のシミュレーションをご紹介します。シミュレーションにより、装置の動作を支配する物理の理解が深まることが期待できます。この装置では、さまざまな変数により感受性レベルの評価が可能ですが、ここでは目的の周波数範囲で最も効率がよくなるようにパラメータを最適化します。

FSSとAMCに基づく高利得のアンテナ

ファブリ・ペロー干渉を利用して指向性を最大化した共振アンテナの解析例です。このアンテナは反射係数が大きいほど指向性が増大します。 セル単体のシミュレーションを実施した後、セルサイズが均一と不均一の二種類の基板を作成し、シミュレーションと測定を行い、結果を比較しています。(セジョン大学発表資料)

リフレクトアレーアンテナの小型化

リフレクトアレーアンテナの一次放射器として、従来の指向性アンテナに代えて全方位性アンテナを採用した例です。ソースとリフレクトアレーの距離を小さくすることによりアンテナ全体の小型化をはかります。さらにAMC基板をテーパリングしたモデルも作成し、シミュレーションの結果を比較します。(セジョン大学発表資料)

AMC基板を使用したRFIDタグアンテナ

反射位相の調整が可能なAMC基板の導入により、RFIDの機能改善を試みた例です。シミュレーションの結果、高誘電性材質や金属に取り付けた場合の動作の改善と、読み取り可能範囲の拡張という2つの課題について、目的が達成されたことを確認しています。(セジョン大学発表資料)