TTULO: ESTUDIO Y APLICACIN DEL CST MICROWAVE STUDIO 5 COMO HERRAMIENTA DE SIMULACIN DE ANTENAS. AUTOR: ODLANIER MEDINA VIERA TUTOR: Dr. FRANCISCO REINEIRO MARANTE RIZO

2007

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RESUMENEl presente trabajo de diploma se ha realizado con el objetivo de llevar a sus lectores a un conocimiento bastante conciso y abarcador de la utilizacin del CST MICROWAVE STUDIO 5. Comenzando con la instalacin del software hasta el anlisis de diferentes problemas, en los que es aconsejable utilizar indistintamente un solucionador u otro de los que propone el programa para resolver los problemas de campo electromagnticos que se le presente a un usuario. Tambin se incluirn dentro de este trabajo a modo de ejemplo de la utilizacin del CST MICROWAVE STUDIO el estudio de algunos modelos de Antenas de Resonador Dielctrico. Este tipo de antena de formas muy sencillas pero de un anlisis matemtico bastante complejo se pueden simular dentro del citado programa con una gran sencillez, tanto a la hora de dibujar la estructura como en el tiempo que necesita el software para ejecutar uno de sus solucionadores y entregar resultados grficos y numricos de una precisin de u rigor cientfico.

SUMMARYThe current work has been made with the point of taking its users into quite a precise knowledge about the use of CST MICROWAVE STUDIO 5. Starting on the software instalation until the analysis and solution of different electromagnetic problems for any user. It will also be included on these pages, as some kind of example for using the CST MICROWAVE STUDIO 5, the study of some models from a very used type of antenna in these days, the Dielectric Resonator Antennas. This kind of antenna with very simple shapes, but with a complex mathematical analysis, can be performed on the program very easily, as well as the moment of drawing the structure as for the time needed by the software for featuring one of its solvers and to deliver graphics and numeric results with scientific accuracy and fidelity.

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NDICEResumen............................................................................................................... ndice... Introduccin............................................................................................. Problema.. Objetivos.............................................................................................................. Captulo 1. CST MICROWAVE STUDIO 5....................................................... 1.1 Introduccin... 1.2 Viaje rpido .. 1.2.1 Arrancando el software.. 1.2.2 Visin general de la estructura de interfaz de usuario.. 1.2.3 Creando y mirando algunas estructuras simples 1.2.4 Una visin general a las formas bsicas disponibles. 1.2.5 Seleccionando formas predefinidas, clasificar formas dentro de los componentes y seleccionar materiales .. 1.2.6 Cambiando la vista. 1.2.7 Aplicando transformaciones geomtricas.. 1.2.8 Combinar formas utilizando operaciones Lulianas .. 1.2.9 Elegir puntos, bordes o caras dentro del modelo . 1.2.10 Redondear y mezclar bordes. 1.2.11 Estirando, rotando y espaciando caras . 1.2.12 Los sistemas de coordenadas locales ... 1.2.13 La lista de la historia . 1.2.14 El rbol de la historia 1.2.15 Creacin de curvas 1.2.15.1 Las modificaciones locales . 1.2.16 Creacin de trazos. 1.2.17 El primer ejemplo real de aplicacin mundial . 1.2.18 La estructura . 1.2.19 Comenzar con el CST MICROWAVE STUDIO 5 .. 1.2.20 Abrir la Gua de Inicio Rpido . 1.2.21 Seleccionando las unidades .. 1.2.22 Defina el material de apoyo (Background material) . 1.2.23 Modelando la estructura 1.2.24 Defina los puertos (Ports) . 1.2.25 Defina el rango de frecuencia ... 1.2.26 Defina las condiciones de contorno y simetra . 1.2.27 Visualice la malla (Mesh) . 1.2.28 Inicie la simulacin ... 1.2.29 Analizar los modos de los puertos 1.2.30 Anlisis de los parmetros S . 1.2.31 Refinamiento de mallas adaptables .. 1.2.32 Analizar el campo electromagntico en varias frecuencias . 1.2.33 Parametrizacin del modelo y optimizacin de la estructura .. 1 2 5 6 6 7 7 7 7 8 8 10 10 13 15 16 17 19 20 23 26 27 29 32 33 34 35 35 36 37 37 37 42 44 44 47 48 50 51 53 57 60

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1.2.34 Criterios a la hora de escoger el solucionador . 1.3 Clculo de antenas ... 1.3.1 Clculos digitales . 1.3.2 Clculo del dominio de frecuencia .. 1.3.3 Clculos con el modo Propio (Resonador) .. 1.3.4 Clculo de anlisis modal . 1.3.5 Puertos discretos ... 1.3.6 Extraccin del modelo debed del SPICE .. 1.3.7 Modelo de reduccin de orden basado en la extraccin del parmetro de red ... 1.3.8 Lnea de transmisin basada en la extraccin del parmetro de red Captulo 2 ARD Rectangular .. 2.1 Introduccin . 2.2 Modelo de gua de onda para guas dielctricas rectangulares............. 2.3 Modelo de gua de onda la ARD rectangular .. 2.4 Frecuencia de resonancia . 2.5 Factor Q 2.6 Modelo de radiacin............. 2.7 Mtodos de acoplamiento para las ARDs 2.7.1 Revisin de la teora de acoplamiento 2.7.2 Apertura de la ranura .. 2.7.3 Sonda coaxial .. 2.7.4 Lnea de microcinta 2.7.5 Alimentacin coplanar 2.7.6 Gua de imagen dielctrica . 2.8 Simulacin de la ARD Rectangular en el CST MICROWAVE STUDIO 5. Captulo 3 ARD Cilndrica ..... 3.1 Introduccin .. 3.2 Mtodos de excitacin .. 3.2.1 Excitacin con sonda de alambre . 3.2.2 Excitacin con rendija estrecha 3.2.3 Alimentacin de la rendija acoplada a la lnea de microcinta .. 3.3 Frecuencia de resonancia .. 3.4 Campo cercano ..... 3.5 Patrones de campo lejano ideales . 3.6 Simulacin de una ARD Cilndrica en el CST MICROWAVE STUDIO 5. Captulo 4 ARD Hemisfrica.. 4.1 Introduccin . 4.2 Antena alimentada con sonda con bolsa de aire .. 4.2.1 Resultados numricos y discusin .. 4.3 Antena alimentada por sonda con recubrimiento dielctrico ... 4.3.1 Resultados numricos y discusin .. 4.4 Simulacin de una ARD Hemisfrica con recubrimiento dielctrico en el CST MICROWAVE STUDIO 5 ................... Conclusiones .

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Recomendaciones Glosario ... Bibliografa . Anexos ................. AnexoA Anexo B .. Anexo C .. Anexo D .. Anexo E .. Anexo F ...... Anexo G ..... Anexo H ..... Anexo I

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INTRODUCCIONLa utilizacin de dispositivos para los que es necesaria la transmisin de datos de manera inalmbrica, ha provocado la insaciable necesidad de mejorar tecnolgicamente los componentes encargados de estas funciones, tal es caso de las antenas, lneas de transmisin, filtros, etc. Tambin esta amplia utilizacin de equipos que trabajan constantemente enviando y recibiendo informacin a una frecuencia determinada, han provocado la bsqueda de un mejor aprovechamiento del ancho de banda y por consiguiente el uso de bandas de frecuencias ms elevadas. Todas estas prerrogativas traen como consecuencia la urgencia por tener un modo de simular el comportamiento de dichos componentes, puesto que a mayores frecuencias el comportamiento de los mismos se hace ms complejo. Con este fin fue creado el CST MICROWAVE Studio 5, un software que constituye una potente herramienta para darle solucin a problemas como los antes planteados, por este motivo se ha dedicado un espacio de esta tesis para explicar como utilizar dicho programa capaz de simular eficientemente cualquier campo electromagntico y muy til para el diseo a altas frecuencias. El CST MICRIWAVE STUDIO 5 es un potente software capaz de simular cualquier situacin de campo electromagntico, teniendo una interfaz de usuario muy familiar con el sistema operativo Windows. Esto permite disminuir sustancialmente los inconvenientes que pueda traer consigo una interfaz complicada. Tambin es un rasgo distintivo de este programa sus excelentes grficos, tanto bidimensionales como tridimensionales, caracterstica que lo hace muy efectivo y agradable a la hora de tener una idea grfica del problema electromagntico por el que se ha acudido a la utilizacin de esta herramienta informtica. A partir de saber utilizar eficientemente el CST MICROWAVE Studio 5, procederemos a modelar a partir de esta herramienta un grupo de ejemplos de antenas conocidas como DRA (Dielectric Resonador Antennas) o sea, Antenas de Dielctrico Resonante (ARD), las cuales son mira de crecientes investigaciones. El inters por este tipo de antena est respaldado principalmente por la gran aplicacin de las mismas en comunicaciones mviles y Bluetooth principalmente, aunque son muy tiles para cualquier conexin inalmbrica. Pero no es solo su campo de aplicacin el que las hace muy interesantes y prcticas para las conexiones inalmbricas sino que hay todo un grupo de parmetros que solidifican estos planteamientos. Tal es el caso del tipo de material utilizado en al construccin de estas antenas, las cuales se fabrican a partir de dielctricos resonantes, como es el caso de algunos plsticos, resinas y otros productos que en la actualidad son muy fciles de obtener y por lo tanto de bajo costo. Adems las caractersticas dielctricas de este tipo de antena garantizan pocas prdidas, alta eficiencia para frecuencias de ondas milimtricas, perfiles bajos y otros parmetros que las favorecen a la hora de escoger una antena para un sistema inalmbrico. Estas caractersticas fsicas sumadas a las que tiene como antenas en s, las hacen una opcin muy aconsejable a la hora de realizar un proyecto, puesto que son

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extremadamente flexibles al diseo, tiene una enorme cantidad de formas con cualidades especficas cada una. Se puede lograr con estas antenas tanto una de dimensiones muy pequeas as como de un ancho de banda muy favorable. Por lo que conocer sobre estas antenas se hace casi una cita obligatoria para todo aquel que pretenda marchar al da con el avance de la tecnologa mvil de estos das.

ProblemaLograr la utilizacin eficiente del CST MICROWAVE STUDIO 5, teniendo una idea precisa de las posibilidades que ofrece en cuanto a dibujo de la estructura, dominio de los solucionadores para que sean aplicados a cada problema en particular, definicin de los puertos, de las seales y dems particularidades del programa. Lograr la simulacin de tres tipos de ARDs como ejemplo de las posibilidades y aplicacin de la citada herramienta informtica.

ObjetivosComo objetivos de este trabajo podemos considerar: 1.Estudiar la herramienta CST MICROWAVE STUDIO 5. 2.Elaborar una gua para su empleo. 3.Simular diferentes formas de ARDs con la herramienta. 4.Identificar las fortalezas y debilidades del mismo.

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Captulo 1 CST MICROWAVE Studio 51.1 Introduccin.Que es el CST MICROWAVE Studio 5. Es un paquete de software totalmente destacado para el anlisis y diseo electromagntico en el rango alto de la banda de frecuencia. El mismo simplifica el proceso de insertar la estructura que se desea simular, siendo esto posible a travs de la utilizacin de un poderoso y slido modelado frente-final el cual est basado en el ncleo ACIS de modelado. Un fondo de grficos fuertes simplifica la definicin del dispositivo an ms. Despus que el componente es modelado un procedimiento de enramado totalmente automtico (basado en sistema experto) se aplica antes de que el mecanismo de simulacin comience. El simulador plasma la Aproximacin Perfecta de Contorno, PBA en ingls, y su extensin de la tcnica de hoja delgada (Thin Sheet Technique en ingls), la cual aumenta la precisin de la simulacin en un orden de magnitud comparable con los simuladores convencionales. Como ningn mtodo funciona igualmente bien para todos los dominios de aplicacin, el software contiene cuatro tcnicas diferentes de simulacin: Solucionador transiente, Solucionador de dominio de frecuencia, Solucionador de Modo Propio (Eigenmode en ingls), Solucionador de anlisis modal, lo cual cubre mejor sus aplicaciones particulares. Adems se suman otras caractersticas que hace de este software, una potente, cmoda y muy verstil herramienta para todo aquel vinculado al diseo de dispositivos de alta frecuencia o simplemente para todo aquel interesado en el conocimiento de dispositivos como es el caso de las antenas, por lo que con el captulo a continuacin tratar de dar una idea concreta y lo ms extensa posible de cmo utilizar este prometedor software.

1.2 Viaje rpido.1.2.1 Arrancando el software. Despus de arrancar el CST MICOWAVE STUDIO, y confirmar haber creado un nuevo proyecto presionando OK en la caja de dilogo de bienvenida, se ver la siguiente ventana:

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Aqu se puede seleccionar una de las planillas preseleccionadas para que automticamente se coloquen los valores apropiados por defecto para el tipo de dispositivo particular que se quiere analizar. Aunque todos estos valores pueden ser cambiados manualmente en cualquier momento despus es ms conveniente comenzar con los valores apropiados por defecto, especialmente para usuarios novatos. Sin embargo como usuario avanzado se puede personalizar la plantilla predefinida o adicionar plantillas nuevas. 1.2.2 Visin general de la estructura de la interfaz de usuario.

La siguiente figura muestra la ventana principal del CST MICROWAVE STUDIO:

El rbol de navegacin es una parte esencial de la interfaz de usuario. Desde aqu se puede acceder a elementos estructurales as como resultados de simulacin. Los mens de contexto son una forma muy flexible de acceder a comandos del men usados frecuentemente. El contenido de este men (el cual puede abrirse presionando el botn derecho del ratn) cambia dinmicamente. El plano de dibujo como bien dice su nombre es sobre el cual se dibujarn las estructuras geomtricas. Este modelador te permite cambiar la posicin y orientacin del plano de dibujo por medio de herramientas diversas, este rasgo es lo que lo hace muy poderoso. 1.2.3 Creando y mirando algunas estructuras simples.

Despus de la explicacin prolongada de la interfaz de usuario, decidamos adentrarnos en el procedimiento de crear una estructura simple. Muchas estructuras complejas son compuestas de simples elementos como son las formas geomtricas bsicas. Ahora se dibujar un prisma. Creando el primer prisma

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1.

2. 3. 4. 5.

El primer paso ser habilitar el prisma (brick), presionando el cono correcto en la barra de herramienta. Usted puede elegir: /Objects/ Basic Shapes/ Brick/ desde el men principal. SE podr situar el punto inicial dando doble click sobre el plano de dibujo. Ahora se selecciona la esquina opuesta de la base del prisma y se vuelve a dar doble click sobre el plano. En este paso se podr definir el peso del prisma arrastrando el ratn y dando doble click cuando se haya definido el peso. Finalmente se abrir una ventana mostrando los valores numricos de todas las coordenadas. Presione OK y se habr creado su primera figura.

La siguiente imagen muestra una vista amplia de los tres doble click usados para definir el prisma.

Antes de continuar se debe saber que hay estructuras coordenadas que necesitan una mayor precisin. En este caso se debe activar el Snap, el cual se encontrar en la barra de men y se hace en: / Edit/ Working Plane Properties/. La siguiente ventana aparecer:

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1.2.4 Una visin general a las formas bsicas disponibles.

La siguiente imagen dar una visin breve de todas las formas bsicas, las cuales pueden ser generadas de manera similar al prisma descrito anteriormente.

1.2.5 Seleccionando formas predefinidas, clasificar formas dentro de las componentes y asignar propiedades a los materiales. Todas las formas pueden ser encontradas en la carpeta componentes. Si se abre esta carpeta se encontrarn subcarpetas llamadas componente1 y estas contienen todas las formas definidas. El nombre es asignado cuando es creada la figura, por lo contrario en nombre aparece por defecto como solido1, solido2,, etc. Se puede seleccionar la forma haciendo un solo click en el slido correspondiente dentro del rbol de navegacin dando doble click sobre la figura del plano de dibujo. Si se deja presionada la tecla control y despus se da doble click sobre las formas pueden seleccionarse varias formas, lo mismo pasa en el rbol de navegacin, pero con la tecla Shift y dando un solo click. Note que cuando se elijan una o varias formas las dems se vern transparentes, esto ocurre porque esta es la forma del CST de visualizar la seleccin de las figuras.

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Se puede cambiar el nombre de la figura seleccionando: /Edit/ Rename Object/ desde la barra de men o presionando F2. Tambin se puede cambiar la componente de forma similar: /Edit/ Change Component/, (estas opciones pueden ser encontradas tambin en el contexto de men siempre que se haya seleccionado la figura primero). La siguiente ventana se abrir:

En esta ventana se puede elegir una componente existente desde la lista o crear una nueva. Para cambiar las propiedades del material simplemente se va a: /Edit/ Change Material/ y aparecer la siguiente ventana:

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Aqu se podr elegir el material existente o definir un nuevo material desde la lista. En ltimo caso se abrir una nueva ventana:

En esta se podr especificar el nombre del material y el tipo. Tambin se puede cambiar el color presionando el botn Change, y despus presionando OK, el nuevo material aparecer en la carpeta material del rbol de navegacin. Para simplificar la definicin de materiales frecuentemente usados, se ha implementado una base de datos. Esta base de datos puede ser usada para agregar al proyecto actual el material definido escogiendo: /Solve/ materials/ Load from Material Library/. Esta operacin abrir la siguiente ventana exhibiendo los contenidos de la base de datos:

Se podr seleccionar el material existente y presionar el botn Load, para que se adicione el material definido a la carpeta materiales del rbol de navegacin. Se podr tambin adicionar el material cuando haya sido definido en el proyecto actual, seleccionando el material y eligiendo: /Solve/ Materials/ Add to Material Library/.

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1.2.6 Cambiando la vista. Hasta ahora slo se han creado y mirado formas usando la vista predeterminada. Se puede cambiar la vista en cualquier momento (an durante la generacin de la forma) siguiendo ciertos comandos que veremos a continuacin. La vista se alterar cada vez que se arrastre el ratn, sujetando el botn izquierdo del mismo, segn el modo seleccionado. El modo puede ser seleccionado del men principal escogiendo: /View/ Mode/ Rotate/ Rotate View Plane/ Pan/ Zoom/ Dynamic Zoom/ o seleccionando el cono apropiado en la barra de herramientas:

Rotate: la estructure ser rotada alrededor de dos ejes. Rotate View Plane: la estructura ser rotada en el plano de la malla. Pan: la estructure ser trasladada en el plano de la malla siguiendo los Movimientos del cursor del ratn. Dynamic Zoom: moviendo el ratn hacia arriba decrecer el factor de zoom mientras que hacindolo hacia abajo se incrementar el factor de zoom. Zoom: en este modo una banda rectangular ser definida por arrastrar el ratn. Se podr resetear el factor de zoom eligiendo: /View/ Reset View/ desde el men principal o el men de contexto. Alternativamente se podra presionar el cono correspondiente en la barra de herramienta. Otro comando importante es activar: /View/ Reset View to Structure/ o presionar la tecla espacio. Este comando devolver el tamao que se defini cuando se dibujo la figura en el plano. Por favor presione la tecla apropiada y arrastre el ratn con el botn izquierdo oprimido: Ctrl: lo mismo que Rotate. Shift:lo mismo que Plane rotate. Shift + ctrl.: lo mismo que Pan. Tambin existen otros comandos como los que siguen a continuacin, los cuales aparecen en la barra de herramientas:

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Axes (View, View Options, y en la ventana, Ctrl + A): Esta opcin quita o pone el sistema de coordenadas:

Working plane (View, View Options, y en la ventana, Alt + W): Con esta bandera se puede especificar si hacemos visible o no el plano de dibujo.

Wireframe (View, View Options, y en la ventana, Ctrl. + W): Esta bandera como las formas pueden exhibirse como un slido o un esqueleto.

indica

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1.2.7 Aplicando transformaciones geomtricas. En lo siguiente nosotros asumiremos que usted ya seleccion la forma (o mltiples formas) a la cual se le aplicarn las transformaciones. Usted puede abrir la ventana de transformaciones en el men principal eligiendo: /Objects/ Transform Shape/ o seleccionando Transform en el men de contexto o en la barra de herramientas presionando sobre el icono siguiente: En la ventana que se abrir podrs elegir una de las siguientes transformaciones: Translate: se puede trasladar la figura en cualquier direccin. Scale: se cambia la escala a lo largo de los ejes coordenados en diferentes direcciones. Rotate: esta se utiliza para rotar alrededor de los ejes coordenados a travs de un ngulo fijo. Mirror: Esta permite reflejar el plano de una forma especfica. Para todas estas transformaciones puedes especificar como una forma original ser copiada o borrada. Adems se puede seleccionar el factor de repeticin. A continuacin veremos un ejemplo de lo expuesto anteriormente.

Ahora aplicando una traslacin a la forma con un vector de traslacin (5, 0, 0) y usar 2 como factor de repeticin, la ventana quedara de esta forma:

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Lo que se obtendr es lo siguiente:

1.2.8 Combinar formas usando operaciones Bulianas. Probablemente la operacin ms poderosa para crear formas complejas es la combinacin de formas simples llamada operaciones Bulianas. Estas operaciones permiten adicionar, sustraer, insertar e interceptar formas. En lo siguiente se considerarn dos formas, una esfera y un prisma sobre los cuales se realizarn las operaciones Bulianas.

En la siguiente lista se nombrarn todas las operaciones Bulianas disponibles y se mostrarn el resultado de cada combinacin: Adicionar prisma a esfera. Adicionar ambas formas para obtener una sola forma. La forma resultante asumir la componente y el material de la primera forma.

Sustraer esfera desde prisma. Sustraer la primera forma desde el segundo obteniendo una sola forma. La forma resultante asumir la componente y el material de la forma desde la cual la otra forma fue sustrada.

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Interceptar prisma y esfera. Interceptar dos formas para crear una sola forma. La forma resultante asumir la componente y el material de la primera forma de esta operacin.

Truncar esfera es igual a insertar prisma dentro de esfera. La primera forma ser cortada por el lmite de la segunda. Ambas formas sern guardadas. La forma resultante no tendr ms ningn volumen intersectado.

Por favor notar que no todas las operaciones de arriba son directamente accesibles. Como se podr ver, algunas de estas operaciones son redundantes. Las siguientes operaciones estn disponibles en el men principal, eligiendo: /Objects/ Bolean/ add/ Subtract/ Intersect/ Insert/. Todas estas operaciones son solamente accesibles cuando una forma ha sido seleccionada (en el siguiente ejemplo nos referimos a la primera forma). Despus que la operacin haya sido activada usted ser impulsado a seleccionar la segunda forma. Presionando la tecla Return o seleccionando desde la barra de herramientas el objeto que permitir la combinacin Buliana. El resultado depende del tipo de operacin elegida. 1.2.9 Elegir puntos, bordes o caras dentro del modelo. Muchas construcciones requieren de la seleccin de puntos, bordes y caras. La siguiente seccin explica como seleccionar estos elementos. Estos podrn ser seleccionados desde el men Objects, Pick, Pick Point/ o desde la barra de herramientas:

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Despus de activar la herramienta, el cursor del ratn cambiar indicando la operacin en progreso. Ahora se podr dar doble click sobre en objeto apropiado (punto, borde o cara). Alternativamente se podr cancelar lo elegido presionando la tecla Escape, seleccionando en el men de contexto la opcin Leave pick mode o eligiendo en la barra de herramientas el objeto . Nota: No se puede seleccionar bordes o caras de otras formas que no estn marcadas. En este caso seleccionar la forma deseada. es elegido desde la barra de herramientas el Por favor notar que si este smbolo modo que se seleccione anteriormente se mantiene. En este caso se podr cancelar de la forma descrita arriba. Este modo es fcil cuando se debe seleccionar mltiples puntos, bordes o caras. En la siguiente lista se dar una visin general de los distintos modos y de los efectos que tendrn. Hay tambin algunos atajos que pueden activar estos modos eficientemente, los cuales aparecern entre parntesis prximo a las operaciones elegidas en la lista siguiente. o o o o Pick edge end points (P): define los puntos al final de cada borde. Se da doble click sobre el punto deseado. Pick edge mid points (M): define el punto medio de un borde, dando doble click sobre el borde. Pick circle centers (C): selecciona el punto medio de un crculo, dando doble click sobre el borde circular. Pick points on circles (R): selecciona un punto en el borde circular siempre que se de doble click sobre el borde. Esta se utiliza cuando queremos saber el radio. Pick face centers (A): doble click sobre cualquier cara y se seleccionar el punto medio de la misma. Pick edges (E): doble click sobre cualquier borde y se seleccionar. Pick faces (F): doble click sobre cualquier cara y se seleccionar. Pick edge chain (Shift+E): doble click sobre el borde. Si se selecciona un borde que este conectado a dos caras aparecer una ventana en la cual podrs especificar cual de las dos posibles seleccionars y si el borde esta libre este se seleccionar normalmente. En ambos casos la seleccin se detendr si anteriormente se eligi un punto.

o o o o

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o Pick face chain (Shift+F): doble click sobre la cara. Esta funcin seleccionar automticamente todas las caras conectadas a la cara seleccionada. Esta seleccin se detendr si previamente se eligi un borde. Antes de elegir puntos, bordes o caras se podr limpiar usando Objects, Clear Picks (D) o presionando en la barra de herramientas.

1.2.10 Redondear y mezclar bordes. Una de las aplicaciones ms populares es la de chanflear y mezclar bordes. Asumiremos que se cre un prisma y se seleccionaron algunos bordes como se muestra en la siguiente figura.

Ahora podemos realizar la operacin de chanfleado la cual ser activada al optar por: /Objects/ Chamfer Edges/, desde el men principal o presionando en la barra de herramientas. En la siguiente ventana se especifica el ancho del chanfleado. La forma de la estructura quedar como se ve a continuacin:

Alternativamente se podrn realizar la operacin de mezcla de bordes activando: /Objects/ Blend Edges/, en el men principal o presionando en la barra de herramientas. En la ventana que aparecer se especifica el radio. El resultado se ver en la siguiente figura:

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1.2.11 Estirando, rotando y espaciando caras. El chanfleado y la mezcla son operaciones muy comunes sobre los bordes, y las operaciones de comprimir o estirar, rotar y espaciar son herramientas tpicas de las caras. Se asumir un cilindro existente con una cara marcada como se muestra:

Ahora se podr comprimir la cara seleccionando: /Objects/ Extrude/ . Cuando la cara es elegida antes de activar esta herramienta, se abrir esta ventana inmediatamente:

Si la cara no es elegida, podrs definir los puntos del polgono para perfilar la compresin. Sin embargo en este ejemplo mostrado se entrar el peso y se presionar el botn OK. Finalmente la estructura es la siguiente:

La herramienta compresin ha creado una segunda forma en la cara elegida. Para la rotacin, se comenzar con la misma geometra bsica de antes:

La rotacin de los ejes podr hacerse eligiendo un borde lineal desde el modelo o especificar el borde numricamente. En este ejemplo se deber especificar el borde seleccionando: /Objects/ Pick/ Egde from Coordinates/ . Despus se pedir elegir dos

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puntos sobre el plano de dibujo para definir el borde. Por favor, deben seleccionarse dos puntos similares a los de la siguiente foto:

Aqu, debe presionarse el botn OK y despus se podr activar la rotacin seleccionando: /Objects/ Rotate/.

La rotacin de los ejes seleccionada previamente es proyectada automticamente hacia el plano de la cara (vector azul) e inmediatamente se abrir una ventana en la cual se puede especificar un ngulo (ej 90) y presionar OK. La forma final debe verse ahora como sigue:

Por favor notar que la herramienta de rotacin entrar un polgono interactivo definido de forma similar a la herramienta de compresin, si no se elige la cara antes de activar la herramienta.

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Una de las operaciones ms avanzadas es la generacin de loft entre caras elegidas. Por ejemplo, debe construirse un cilindro (radio=5, peso=3) y transformarse, el vector de traslacin que usaremos (0, 0, 8) y eligiendo la opcin de copiar como se pudo ver en la figura anterior quedara:

El prximo paso es seleccionar el cilindro transformado y aplicar una transformacin de escala reduciendo el eje X y Y a 0.5 mientras que en el eje Z se mantiene la escala de 1.

Ahora se debern elegir las caras adyacentes de los dos cilindros como se muestra en la figura anterior. Despus se podr activar la herramienta loft seleccionando: /Objects/ Loft/ . En la siguiente ventana se podr situar un valor razonable de pulidez y presionar el botn Preview para dar una impresin de la forma. Por favor, debe arrastrarse el botn deslizante con finura tal que la forma tenga una transicin relativamente llana entre las dos caras elegidas antes de presionar OK.

Finalmente el modelo deber verse similar al de la siguiente foto (por favor notar que la forma actual del loft depende del parmetro de finura).

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Finalmente se podr adicionar todas las formas seleccionando las tres (presionando la tecla Ctrl) y usando: /Objects/ Bolean/ Add/. Ahora se podr elegir la cara de arriba y la de debajo de la figura, se selecciona la forma y se invoca la herramienta: /Objects/ Shell Solid o Thicken Sheet/.

En la ventana que aparecer se especificar el grosor (0.3) y se presionar el botn OK. La figura que deber verse es la siguiente:

1.2.12 Los sistemas de coordenadas locales. Adems de las operaciones Bulianas, la habilidad de crear sistemas de coordenadas locales adiciona una gran flexibilidad al modelo. El propsito de los sistemas de coordenadas locales es permitir una fcil definicin de las formas cuando estas no estn alineadas con el sistema de coordenadas globales. Los sistemas de coordenadas locales consisten en tres ejes coordenados. En contraste a lo global los ejes X, Y y Z son llamados U, V y W. Los sistemas de coordenadas locales son tambin conocidos como Working Coordinate System (WCS). Estos sistemas pueden ser activados cuando se quiera. Se podrn activar o desactivar desde: /WCS/ Local Coordinate System/ o presionando en la barra de herramientas el icono siguiente ( ).

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Se tiene ahora el conocimiento de cmo activar los sistemas, pero an se necesita como definir estos sistemas, alineando los ejes con la localizacin deseada. El camino ms comn de definir la orientacin de un sistema de coordenadas locales es el de elegir puntos, bordes o caras sobre el modelo y alinear el WCS. Cuando un punto es seleccionado, el origen del sistema de coordenadas podr ser trasladado sobre este punto (WCS, Align WCS con el punto seleccionado). Cuando son seleccionados tres puntos el plano u/v del WCS puede ser alineado con el plano definido por ese punto (WCS, Align WCS con los tres puntos seleccionados). Adicionalmente esta funcin mover el origen del WCS sobre el primer punto seleccionado. Cuando un borde es seleccionado, el eje u del WCS podr ser orientado de tal forma que quede paralelo al borde seleccionado (WCS, Align WCS con el borde seleccionado). Finalmente, al seleccionar una cara, el plano u/v del WCS podr ser alineado a travs de la cara definida (WCS, Align WCS con la cara seleccionada).

Despus de elegir un punto, borde o cara, se podr alternativamente presionar la tecla W para alinear el WCS segn la eleccin ms reciente del objeto. Conjuntamente con los atajos disponibles para elegir los modos, esta es la manera ms eficiente de cambiar la localizacin y orientacin del WCS. Existen tres formas de definir un sistema de coordenadas locales: o Define local coordinate system parameters directly: /WCS/ Define Local Coordinates/. En esta ventana se podr entrar el origen y la orientacin de los ejes w y u directamente. o Move local coordinate system: /WCS/ Move Local Coordinates/. En esta ventana se podr trasladar el origen del sistema de coordenadas locales especificando un vector de traslacin. o Rotate local coordinate system: /WCS/ Rotate Local Coordinates/. Usando esta ventana se podr rotar el sistema alrededor de uno de los ejes especificando el ngulo de rotacin. La segunda y tercera opcin se tornarn especialmente poderosas cuando son combinadas con el alineamiento descrito arriba. Ms de las operaciones sobre el sistema son tambin accesibles desde la barra de herramientas (WCS), las cuales se muestran abajo:

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El siguiente ejemplo deber dar una idea de que puede ser hecho usando eficientemente las especificaciones del sistema de coordenadas locales: El primer paso es crear un prisma en coordenadas globales. Despus rotar 30 grados el prisma alrededor del eje z usando la ventana de Transform:

En el prximo paso se alinearn el sistema primeramente con la cara de arriba del prisma y despus con uno de los vrtices de la misma cara:

Ahora se alinean el sistema con uno de los bordes de la cara superior del prisma y entonces se rota el sistema 30 grados alrededor del eje v:

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Finalmente, se crea un nuevo cilindro en el sistema de coordenadas. Antes de tener definido el cilindro se abrir una ventana preguntando por la combinacin Buliana de las dos formas intersectadas. En esta ventana se elegir Add y se presionar OK:

1.2.13 La lista de la historia. Por ahora se tienen creadas varias estructuras bsicas y realizado algunas transformaciones geomtricas. Si se producen errores durante la generacin de la estructura podrn ser corregidos usando: /Edit/ Undo/ el cual remover el paso de construccin ms reciente. Sin embargo, algunas veces se podr retornar a pasos anteriores en la estructura de generacin en disposicin a cambiar, borrar o insertar varias operaciones. Esta tpica tarea es soportada por CST mediante la lista de la historia. Todas las modificaciones de estructuras relevantes son grabadas en la lista la cual puede ser mostrada eligiendo: /Edit/ History List/ o presionando en la barra de herramientas.

En lo siguiente, asumiremos que se tiene creada una estructura como la mostrada en la seccin pasada. En este caso la lista de la historia se ver como sigue:

La lista mostrar todas las operaciones previas en orden cronolgico. La marca indica la posicin actual de la creacin de la estructura en la lista. Se podr restaurar la creacin de la estructura en cualquier paso de la lista, seleccionando la lnea correspondiente y presionando el botn Restore. Presionando el

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botn Step se ir al prximo paso en la lista. Se puede experimentar un poquito con esta caracterstica. Presionando el botn Update se regenerar completamente la estructura. El botn Edit permite hacer cambios en operaciones previas. En este caso se deber seleccionar la linea rotate wcs y presionar el botn Edit. La siguiente ventana aparecer:

El texto es actualmente el comando, en lenguaje macro, el cual ejecutar la tarea correspondiente. Aqu el primer argumento v es el eje de rotacin mientras que el segundo argumento especifica el ngulo de rotacin. Se deber ahora cambiar el ngulo de rotacin a 10 grados y presionar el botn OK. Regresar en la lista de historia y presionar el botn Update para regenerar la estructura. La estructura terminar como sigue:

En general, la historia funcionalmente permite realizar cambios al modelo rpidamente y fcilmente sin necesidad de reingresar la estructura modificada. 1.2.14 El rbol de la historia. La lista de historia como describimos en secciones anteriores, es definitivamente la herramienta ms poderosa para editar la generacin de la estructura. Sin embargo, en muchos casos solamente algunos parmetros de las formas bsicas o transformaciones necesitan ser cambiados. En estos casos, usar las funciones del rbol de la historia que es mucho ms conveniente.

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Se asume que se quiere cambiar el radio de un cilindro en el ejemplo anterior. Se podra abrir la lista de la historia y editar la generacin del cilindro. Sin embargo se podr tambin seleccionar la forma correspondiente dando doble click en el lugar y elegir: /Edit/ Object Properties o Properties/ desde el contexto de men.

Ahora una ventana (llamada rbol de historia) se abrir mostrando la construccin de formas seleccionadas:

Se podrs ahora dar un click sobre Define cylinder. Tan pronto como tenga seleccionado una operacin editable desde el rbol de historia, el elemento de la estructura correspondiente ser resaltado en la vista principal. Por favor notar que esa subsiguiente transformacin no ser considerada por el destaque funcional. Despus presionar el botn Edit de la ventana de arriba y se abrir una nueva ventana mostrando los parmetros del cilindro:

Aqu se podr alterar el radio del cilindro y presionar el botn Preview. Se dar una impresin de como cambia la estructura. Despus el resultado ser muy satisfactorio, se presiona el botn OK para actualizar la estructura. Finalmente, la pantalla se ver como sigue:

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Se deber ahora jugar un poco con el rbol de historia para que se tenga una idea de que cambios pueden ser aplicados para la estructura existente usando esta funcionalidad. 1.2.15 Creacin de curvas. En captulos anteriores se ha mostrado como un modelo puede ser generado desde tres dimensiones primitivas y su modificacin usando operaciones poderosas tales como blending, lofting, shelling, etc. Otra generacin de formas complejas esta basada sobre las llamadas curvas. Una curva es una lnea tridimensional la cual es dibujada sobre el plano de dibujo. Despus que una curva haya sido definida, podr ser usada para modelos de operaciones ms avanzadas. Un ejemplo simple, se deber primeramente crear una nueva curva seleccionando: /Curves/ New Curve/ desde el men principal. Esta operacin crear un nuevo objeto llamado curve1 en la carpeta Curves del rbol de navegacin. Ahora se deber activar la creacin de un rectngulo eligiendo Curves, Rectangle . Notar que el objeto de la creacin de la curva trabaja en manera similar a la construccin de slidos. El resultado deber verse entonces como sigue:

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En el prximo paso se podr dibujar un crculo el cual es superpuesto en uno de los bordes del rectngulo. El crculo creado es activado en: /Curves/ Circle/ . Despus, la pantalla deber verse como sigue:

En el siguiente paso se truncarn ambas curvas tal que el resultado contenga el perfil de ambas curvas. Para cumplir esta tarea, se deber primero seleccionar una las curvas (ej rectangulo1). Despus se podr activar la operacin Trim Curves eligiendo: /Curves/ Trim Curves/ desde el men principal. Ahora se seleccionar el objeto para ser truncado con el rectngulo. Por lo tanto se selecciona el crculo y se confirma la eleccin presionando RETURN .

En el prximo paso se incitarn a dar doble click sobre cualquier segmento de la curva que se desee borrar del modelo. Cuando se mueve el ratn a travs de la pantalla, seleccionando todos los segmentos de la curva, la localizacin del ratn ser acentuada. Se debern borrar dos segmentos tal que el resultado sea similar a la imagen siguiente y oprimir RETURN para completar la operacin.

Ahora se podr activar el sistema de coordenadas locales y rotar alrededor del eje u. La pantalla se vera como sigue:

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La prxima accin es dibujar un polgono abierto de tres puntos sobre el plano: /Curves/ . Polygon/ o

Basado sobre estas dos curvas disyuntivas se deber crear un slido usando la operacin sweep curves, la cual podr ser invocada mediante: /Curves/ Sweep Curve/ desde el men principal. Tan pronto como esta operacin sea activada tocar seleccionar el perfil de la curva. Por lo tanto de darse doble click sobre la curva que contiene el crculo y el rectngulo. Despus de ser seleccionado el perfil se pedir dar doble click sobre la ruta de la curva que est determinada aqu por la curva del polgono. Despus se cierra la ventana resultante presionando OK, al final se ver como sigue:

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Esta corta introduccin dentro del modelo de curvas podr solamente proveer un entendimiento bsico de esta estructura poderosa de dibujo. Se deber experimentar un poco con este modelo. 1.2.15.1 Las modificaciones locales. Esta seccin ilustrar incluso en estos casos la estructura, que puede ser parametrizada usando las modificaciones locales. Antes se poda inicializar usando este modelo de herramientas avanzadas, se deber primero crear una estructura similar a la siguiente:

En esta estructura primeramente se debe usar la herramienta de elegir caras en orden para seleccionar la cara chanfleada. Despus se puede invocar el comando remove feature seleccionando: /Objects/ Local Modifications/ Remove Feature/ desde el men principal.

Como se puede ver, la hendidura podra ser producida removiendo simplemente la cara y se cerrar automticamente con la operacin de remove feature. Despus se deber elegir la cara del cilindro y seleccionar: /Objects/ Local Modifications/ Change Face Radius/ Ahora una ventana se abrir para poder especificar el nuevo radio del cilindro.

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Finalmente, se puede elegir la cara superior del cilindro e invocar el comando: /Objects/ Local Modifications/ Offset Faces/. Especificando un offset en la ventana, que mover la cara mientras se cierre otra vez cualquiera de las hendiduras.

Las modificaciones locales son operaciones muy poderosas. Sin embargo, las modificaciones fallarn si no hay nica solucin para cerrar la hendidura. 1.2.16 Creacin de trazos. La prxima seccin enfocar preferiblemente sobre la parte tediosa del modelo de creacin, particularmente la definicin de trazos de conduccin. Par simplificar esta tarea, una herramienta de trazos ha sido adicionada, la cual permite la creacin de trazos slidos, finitos, con un grosor basado en la definicin de curvas. Un simple ejemplo de cmo usar esta poderosa herramienta, se deber dibujar una curva abierta, o de lo contrario una curva continua la cual podr verse como sigue:

Basado en esta curva, se puede ahora fcilmente crear un trazo eligiendo: /Curves/ Trace From Curve/ . Tan pronto como sea activado, tocar seleccionar la curva trazada.

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Despus doble click sobre la curva definida anteriormente, y la siguiente ventana aparecer:

En esta ventana se puede especificar el grosor de metalizacin y el ancho del trazo. Adems se puede tambin especificar como el trazo deber tener una tapa redondeada al inicio o al final del camino trazado. El resultado podr verse entonces como sigue:

1.2.17 El primer ejemplo real de aplicacin mundial. El siguiente ejemplo muestra claramente el clculo de los parmetros-S. Por favor, se debe ir a travs de la siguiente explicacin cuidadosamente, incluso si no se esta planeando usar el software para el clculo de los parmetros-S. Solo una pequea porcin del ejemplo es especfica a este tipo de aplicacin particular mientras la mayor parte de las consideraciones son bastante generales para todas las soluciones y dominios de aplicaciones.

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1.2.18 La estructura. En el ejemplo se modelar un coaxial simple flexionado con un stub sintonizado. Entonces se calcular la banda ancha da la matriz de los parmetros-S para esta estructura, mirando antes el campo electromagntico dentro de esta estructura a varias frecuencias. La figura siguiente muestra la estructura actual.

Para simplificar este procedimiento, CST MICROWAVE STUDIO permite definir las propiedades del material de fondo. Para esta estructura sera suficiente solamente partes dielctricas del modelo y definir el material de fondo como un conductor perfectamente elctrico. El mtodo deber ser como sigue: 1. Modelo del cilindro dielctrico (aire). 2. Modelo del conductor interior dentro de la parte dielctrica.

1.2.19 Comenzar con el CST MICROWAVE STUDIO. Despus de inicializar el software y elegir un nuevo proyecto, se seleccionar una de las opciones para la estructura segn su dispositivo de inters.

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Para este ejemplo se deber seleccionar el conector coaxial y presionar OK. Ahora el software por defecto ser ajustado en orden a simplificar la simulacin del setup para el conector coaxial. 1.2.20 Abrir la Gua de Inicio Rpido. Una interesante caracterstica del sistema de ayuda en lnea es la llamada Gua de Inicio Rpido (Quick Start Guide), un asistente electrnico que guiar a travs de la simulacin. Se podr abrir este asistente seleccionando: /Help/ Quick Start Guide/. La ventana deber ahora ser posicionada en la esquina superior derecha de la vista principal:

Si la ventana luce diferente presione el botn Back, para lograr volver a la ventana de arriba. Aqu se deber seleccionar Transient analysis y presionar el botn Next. La siguiente ventana deber aparecer:

El rojo permitir siempre indicar el prximo paso necesario para definir el problema. No se tiene que procesar los pasos en este orden, pero se recomienda que se siga esta gua. Por favor, se tiene que mirar la ventana para seguir los distintos pasos en este ejemplo. Incluso si se reabre la ventana despus, indicar el prximo paso requerido.

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1.2.21 Seleccionando las unidades. La planilla del conector coaxial ya tiene incluidos algunos valores. Los valores por defecto para este tipo de estructura son longitudes geomtricas en milmetros y frecuencias en GHz. Se pueden cambiar estos valores entrando los deseados en la caja de dilogo de las unidades: /Solve/Units/.Pero para el ejemplo se deben dejar las que se especifican en la plantilla. 1.2.22 Defina el material de fondo (Background material). Como se habl anteriormente, la estructura ser descrita dentro de un mundo perfectamente conductor. El conector coaxial tiene situado un valor tpico por defecto. Para cambiar este valor, se podran hacer cambios en la ventana correspondiente: /Solve/ Background Material/. Para este ejemplo no senecesita cambiar nada aqu. 1.2.23 Modelando la estructura. El primer paso deber ser crear un cilindro a lo largo del eje z con los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. . Seleccionar Presionar Shift+TAB y entrar el centro (0,0) en el plano x-y, despus oprimir RETURN. Presionar TAB y entrar el radio (2), despus presionar RETURN. Presionar TAB, entrar el peso (12) y presionar RETURN. Presionar ESC para crear el slido (excluir el radio interior). En la ventana entrar long cylinder en el nombre. Se podra seleccionar el material predefinido Vacuum desde la lista en el Material. Aqu se est yendo a crear un nuevo material aire. Seleccionar New Material en la lista de materiales. En la creacin del material, se entrar en Material name aire, seleccionando Normal en Type y chequeando que las propiedades del material Epsilon=1 y Mue=1. Finalmente se podr seleccionar un color y fijarlo presionando el botn OK. Por ltimo se presionar OK para crear el cilindro.

8.

9.

El resultado de todas estas operaciones deber verse como sigue. Se puede presionar la barra Space para que el zoom este a pantalla completa.

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El prximo paso es para crear un segundo cilindro perpendicular al primero. El centro de la base del nuevo cilindro deber ser alineado con el centro del primero. El primer paso en la definicin del segundo cilindro es para: 1. 2. 3. 4. Seleccionar el modo de dibujo esqueleto: /View/ View Options/ o usar el atajo Ctrl+W. Activar el centro del crculo eligiendo le herramienta: /Objects/Pick/Pick/ Circle Center/ . Doble click sobre uno de los bordes circulares del cilindro y un punto deber haber sido adicionado en el centro del crculo. Realizar los pasos 2 y 3 para el otro borde del cilindro.

Ahora la construccin se ver como sigue:

El prximo paso es reemplazar el segundo punto por un punto entre los dos. Por lo tanto seleccionar: /Objects/Pick/Mean Last Two Points/ desde el men.

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Se puede ahora mover el origen del sistema de coordenadas (WCS) a este punto eligiendo: /WCS/Align WCS With Selected Point/ desde el men. La pantalla deber verse como sigue:

El prximo paso es alinear el eje w con el eje propuesto del segundo cilindro. 1. 2. 3. Seleccionar: /WCS/Rotate Local Coordinates/ desde el men principal. Seleccionar el eje u como eje de rotacin y entrar un ngulo de rotacin de -90 grados. Finalmente presionar OK.

Alternativamente se podra tambin presionar Shift+U para rotar el WCS a 90 grados alrededor del eje u. De tal manera que presionando Shift+U tres veces tiene un efecto parecido al de rotacin usando la ventana descrita arriba. La estructura sera de esta forma:

El paso siguiente es crear el segundo cilindro perpendicular al primero: 1. 2. 3. 4. Seleccionar . Presionar Shift+TAB y entrar el centro (0,0) en el plano u-v. Presionar TAB y entrar el radio (2). Presionar TAB y entrar el paso (6).

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5. 6. 7.

Presionar ESC para crear el cilindro. En la ventana entrar short cylinder en el Name. Seleccionar el material aire desde la lista de materiales y presionar OK.

Ahora el programa detectar automticamente la interseccin entre estos dos cilindros.

Aqu se deber elegir la opcin de adicionar ambas formas y presionar OK. Finalmente la estructura es la siguiente:

La creacin de la parte dielctrica aire esta finalizada. La siguiente operacin crear el conductor interior dentro del aire. Dado que el sistema de coordenadas esta ya alineado con el centro del segundo cilindro, se puede comenzar a crear la primera parte del conductor: 1. 2. 3. Estos 5 primeros pasos son los mismos que los de arriba solo con la diferencia de que el radio es 0.86 y el peso 6. En la ventana entrar short conductor en el Name. Seleccionar el material predefinido PEC desde la lista disponible de materiales y presionar OK para crear el cilindro.

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En la siguiente foto se muestra como deber verse actualmente:

Ahora se deber adicionar el segundo conductor. Primeramente alinear el sistema de coordenadas con el crculo z superior del primer cilindro dielctrico: 1. 2. desde el men principal. Seleccionar: /Objects/Pick/Pick Face / o Doble click sobre el plano z superior del primer cilindro. La cara seleccionada ser acentuada:

3.

Ahora se elige: /WCS/Align WCS With Selected FACE/ o principal.

desde el men

El eje w del sistema de coordenadas es ahora alineado con el eje del primer cilindro, se puede ahora crear la segunda parte del conductor: 1. 2. 3. Estos primeros 5 pasos se mantienen, cambiando el radio a 0.86 y el peso a -11. En el campo Name poner long conductor. Seleccionar el material PEC desde la lista y presionar OK.

La forma debe verse como sigue:

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Aqu se selecciona adicionar ambas figuras y presionar OK. Se tiene creada la primera estructura dentro del CST. La vista deber ahora verse as:

La siguiente galera muestra algunas vistas de estructuras disponibles usando diferentes opciones de visualizacin:

1.2.24 Defina los puertos (Ports). Para la definicin del primer puerto por favor realizar los siguientes pasos: 1. Seleccionar: /Objects/Pick/Pick Face/ o .

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2.

Doble click sobre plano z superior de la parte dielctrica. La cara seleccionada ser marcada:

3.

Abrir la ventana de puertos seleccionando: /Solve/Waveguide Ports/ el men principal:

desde

Todo est ya situado correctamente arriba para el cable coaxial, se puede simplemente presionar OK. Una vez que el primer puerto ha sido definido, la estructura se ver como sigue:

Se puede ahora definir el segundo puerto de la misma manera. La figura debajo muestra la estructura despus de la definicin de ambas puertos:

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1.2.25 Defina el rango de frecuencia.

La frecuencia puede ser especificada eligiendo: /Solve/ Frequency/ principal:

desde el men

En este ejemplo se deber especificar un rango de frecuencia entre 0 y 18GHz. Por favor ntese que se tiene ya la unidad de frecuencia en GHz, aqu solamente se necesita definir un valor entre 0 y 18.

1.2.26 Defina las condiciones de contorno y simetra.

La simulacin de esta estructura solamente ser realizada dentro de la ventana de contorno de la estructura. Se puede, sin embargo, especificar las condiciones de contorno, estrictamente para cada plano: /Xmin/Xmax/Ymin/Ymax/Zmin/Zmax/ de la ventana de contorno.

Las condiciones de contornos estn especificadas en una ventana la cual puede ser abierta eligiendo: /Solve/Boundary Conditions/ desde el men principal.

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Mientras la ventana de contorno es abierta, las condiciones de contorno sern visualizadas en la estructura vista en la foto anterior. En este simple caso, la estructura esta completamente incrustada en el material perfectamente conductor, as todos los planos de contornos pueden ser especificados como planos elctricos (los cuales estn por defecto). Adems para estos planos de contornos, se pueden tambin especificar los llamados planos de simetra. La especificacin de cada plano de simetra reducir el tiempo de simulacin por un factor de dos. En el ejemplo, la estructura es simtrica a un plano y-z y perpendicular al eje x en el centro de la estructura. La excitacin de los campos ser realizada por el modo fundamental del cable coaxial para la cual el campo magntico esta mostrado debajo:

El campo magntico no tiene componente tangencial al plano simtrico de la estructura (El campo en su totalidad est orientado perpendicular a este plano). Si se especifica este plano como un plano magntico simtrico, se pude in formar al CST MICROWAVE

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STUDIO para limitar la simulacin ala mitad de la estructura actual tomando en cuenta las condiciones de simetra. Para especificar la condicin simtrica, primero se necesita dar click sobre Symmetry Planes en la ventana de condiciones de contorno. Despus la pantalla deber verse como sigue:

Para el plano de simetra y-z usted puede elegir magnetic como para cualquiera seleccionando la opcin apropiada en la caja de dilogo o dando doble click en la visualizacin del campo simtrico correspondiente en la vista y seleccionando la opcin adecuada del men contextual. Una vez que usted tenga hecho esto su pantalla aparecer como sigue:

Finalmente se puede presionar OK en la ventana. La visualizacin del contorno desaparecer.

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1.2.27 Visualice la malla (mesh). La generacin de la malla para el anlisis de la estructura ser realizada completamente automtica, basada sobre un sistema experto. Sin embargo en algunas situaciones pueden ser favorables para inspeccionar la malla en orden a mejorar la velocidad de simulacin, cambiando los parmetros para la generacin de la malla. La malla puede ser visualizada entrando al modo malla: /Mesh/Mesh View/ esta estructura, la informacin de la malla ser exhibida como sigue: . Para

Una malla en plano 2D siempre ser mantenida en la vista. Porque en la fijacin de la simetra, el plano de malla solamente se extender a travs de una mitad de la estructura. La orientacin del plano de malla puede ser modificado eligiendo: /Mesh/X, Y ,Z Plane . El plano puede ser movido a lo largo de la direccin normal por: Normal/ o /Mesh/Increment/Decrement Index/ o presionando la tecla arriba/ abajo. Los puntos rojos en el modelo son puntos crticos (llamados fixpoints) donde el sistema experto los emplaza necesariamente para tener mallas lineales en estas localizaciones. Adems de esto lo puntos amarillos muestran lugares donde la generacin automtica de la malla encuentra la necesidad de incrementar la densidad de la malla. En muchos casos la generacin automtica de la malla producir una malla suficiente, pero se recomienda que se use un poco de tiempo en como generar una malla. Se deber ahora abandonar la inspeccin de la malla eligiendo el modo: /Mesh/Mesh View/ .

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1.2.28 Inicie la simulacin. Despus que se tengan definidos todos los parmetros, necesariamente se debe estar listo para iniciar la primera simulacin. La simulacin es comenzada desde la ventana de control del transient solver: /Solve/Transient Solver/ o .

En esta ventana se puede especificar cual columna de la matriz S deber ser calculada. Por consiguiente se selecciona en Source type el puerto para cual el acoplamiento a todos los otros puertos ser calculado durante una simulacin simple. En el ejemplo, se fija el Source type para el puerto1, los parmetros S (S11, S21) sern calculados. Fijando el Source type para el puerto2 calcularemos S22 y S12. En algunos casos donde es necesitada la matriz S completa, se puede tambin situar el Source type para todos los puertos, lo cual implica que la ejecucin de los clculos ser realizada para cada puerto. En este caso se deber calcular la matriz S completa y fijar All Ports en el Source type. Los parmetros S los cuales son calculados siempre, sern normalizados para el puerto de impedancia (el cual ser calculado automticamente) por defecto. En este caso el puerto de impedancia ser aproximadamente

Para la lnea coaxial con dimensiones especficas y constantes dielctricas. Sin embargo algunas veces se necesitan los parmetros S para un valor fijado de impedancia

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normalizada (ej 50 ohms), por consiguiente se debe chequear el botn Normalize to fixed impedance y especificar la impedancia normalizada. En este ejemplo se debern calcular los parmetros S para una impedancia de referencia de 50 ohms. Por favor notar que la renormalizacin de los parmetros S es solamente posible cuando todos los parmetros S son calculados (Source type = All Ports). Mientras la precisin de la solucin principalmente depende de la discretizacin de la estructura y puede ser mejorada por el refinamiento de la malla, el truncamiento del error introduce un segundo error procedente de simulaciones en el transient. A fin de obtener los parmetros S, la transformacin de las seales de tiempo dentro del dominio de frecuencia requieren de otras seales para tener suficientemente decadencia a cero. Por otra parte el error de truncamiento ocurrir, lo cual causa ripples en ala curva de los parmetros S. En este ejemplo limitaremos el error mximo de truncamiento a un porcentaje para el cual usted deber mantener por defecto -40 dB. (Accuracy). Por favor notar que el solucionador excitar la estructura con un poder independiente de frecuencia de 1W. Todos los campos de datos obtenidos durante la simulacin sern normalizados a esta entrada de poder de nivel. Despus de fijar todos estos parmetros, la ventana deber verse as:

Se puede ahora iniciar la simulacin presionando el botn Start . En poco una barra de progreso aparecer a travs de la cual ser mantenido arriba la fecha del solucionador de progresos: 1. 2. Checking model: Durante este paso, su modelo de entrada ser chequeado para errores tales como invalidar materiales superpuestos, etc. Calculating matrix and dual matrix: Durante estos pasos el sistema de ecuaciones, el cual subsiguientemente ser solucionado, ser situado arriba.

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3.

4.

5.

6.

Calculating the port modes: En este paso el solucionador la distribucin del campo de modo de puerto y las caractersticas de propagacin as como las impedancias de los puertos. Esta informacin ser utilizada posteriormente en el anlisis de dominio del tiempo de la estructura. Processing excitation: Durante esta etapa una seal de entrada ser alimentada dentro del puerto de simulacin. El solucionador entonces calcular los campos de distribucin resultantes en el interior de la estructura tan bien como el modo de amplitudes de todos los otros puertos. Desde esta informacin la frecuencia dependiente de los parmetros S estn calculadas en un segundo paso usando una transformacin de Fourier. Transient field analysis: Despus de que el pulso de excitacin haya desaparecido, hay an una energa de campo electromagntico en el interior de la estructura. El solucionador entonces contina para calcular la distribucin de campo y los parmetros S hasta que la energa interior de la estructura haya decado por debajo de cierto lmite. Para esta simple estructura, el anlisis de entrada tomar solamente unos pocos segundos para completarse.

1.2.29 Analizar los modos de los puertos. Despus de que el solucionador haya completado el modo de clculo de los puertos se puede tener una visin de los resultados (incluso si el transient est an corriendo). A fin de visualizar un modo de puerto particular, primeramente se tiene que elegir la solucin desde el rbol de navegacin. Se puede encontrar el modo en puerto 1 desde: /2D, 3D Results/ Ports Modes/ Port1/. Si se abre esta subcarpeta se pueden seleccionar cualesquiera de los modos de campo (electric o magnetic). Seleccionando la carpeta para el campo elctrico del primer modo e1, el modo del puerto y los parmetros relevantes sern mostrados en la vista principal:

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Adems la informacin acerca del tipo de modo (aqu TEM), tambin se encontrar la constante de propagacin (beta) en la frecuencia central. Adicionalmente la impedancia de puertos est calculada automticamente (impedancia de lnea). Se encontrar en el resultado calculado, que la impedancia de puerto es de 51.23 Ohms, en la cual se est de acuerdo debido a que la solucin analtica es de 50.58 Ohms. Esta pequea diferencia de 1.29% es causada por la discretizacin de la estructura. Por el incremento de la densidad de la malla, el acuerdo entre la simulacin y los valores tericos conseguir incluso mejorar. Sin embargo, la generacin de la malla automticamente siempre tratar de elegir una malla la cual dar una buena proporcin entre la precisin y la velocidad de simulacin. El nmero y la talla permitirn ser ajustados en la ventana que se puede abrir eligiendo: /Results/ Plot Properties/. Adems se puede realizar un campo de visualizacin escalar abriendo la carpeta e1 y seleccionando una de estas componentes (ej X). La seleccin de la componente ser visualizada como una silueta:

Se puede cambiar el tipo de la visualizacin escalar seleccionando visualizacin diferente en la opcin de la ventana correspondiente: /Results/ Plot Properties/. Se deber practicar un poco para poder familiarizarte con las diferentes visualizaciones antes de proceder con el prximo paso. 1.2.30 Anlisis de los parmetros S. Despus de que la simulacin haya sido finalizada se deber siempre tener una visin de la seales de tiempo de los modos de puertos. Se puede visualizar estas seales eligiendo en el rbol de navegacin: /1D Results/ Port signals/. Despus de seleccionar esta carpeta el siguiente esquema deber aparecer:

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Las seales de entrada son nombradas referente a sus puertos correspondientes: i1 (para el puerto 1), i2 y de esta manera consecuentemente. Las seales de salida son nombradas similarmente por o1, 1, o2, 1, etc donde el nmero siguiente de la coma indica el puerto de excitacin correspondiente. A fin de obtener un espectro de frecuencia lo suficientemente suave de los parmetros S, es importante que todas esas seales tengan decadencia a cero antes de que pare la simulacin. La simulacin parar automticamente cuando este criterio haya sido suficientemente conocido. Los resultados ms interesantes son el curso de los mismos parmetros S: Se puede obtener una visualizacin de estos parmetros en escala lineal eligiendo: /NT/ 1D Results/ |S| linear/.

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Se puede cambiar el eje seleccionando: /Results/ 1D Plot Options/ Plot Properties/ desde el men principal. Adems se puede mostrar y ocultar un eje marcado eligiendo: /Results/ 1D Plot Options/ Show Axis Marker/. La marca puede ser movida con cualquiera de los cursores (izquierdo o derecho). Las marcas ayudan a determinar el mnimo de la transmisin (S1, 2 o S2, 1) comenzado acerca de 12.76 GHz. De la misma forma los parmetros S pueden ser visualizados en escala logartmica (dB) eligiendo: /NT/ 1D Results/ |S| dB/. La fase puede ser visualizada seleccionando: /NT/ 1D Results/ arg(S)/. Adems estos parmetros pueden ser visualizados en una carta de Smith: /NT/ 1D Results/ Smith Chart/.

En esta grfica se puede adicionar marcas a las curvas dando doble click en la posicin correspondiente sobre las curvas. Se pueden borrar estas marcas en una ventana de propiedades: /Results/ 1D Plot Options/ Plot Properties/. 1.2.31 Refinamiento de mallas adaptables. El refinamiento de mallas adaptables puede ser activado chequeando la opcin correspondiente en la ventana siguiente:

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Cuando el solucionador es inicializado, son realizados algunos pasos de refinamiento de la malla automticamente hasta que los parmetros S no cambien significativamente entre dos pasos subsiguientes. Despus que hayan sido completados dos pasos, la siguiente ventana aparecer:

Producto de que el procedimiento automtico de adaptacin de la malla haya sido ajustado exitosamente, la ubicacin del sistema de experto para cumplir el nivel de precisin dada, se podr ahora apagar el interruptor del procedimiento adaptativo de refinamiento para clculos subsiguientes. El sistema experto aplicar ahora reglas determinadas a la estructura an si esta es modificada despus. Este enfoque extremadamente poderoso permitir correr el procedimiento de adaptacin de las mallas solo una vez y entonces realizar estudios paramtricos u optimizaciones en la estructura sin la necesidad de pasos adicionales para el refinamiento de la malla. Se deber ahora confirmar la desactivacin de la malla adaptable presionando el botn Yes. Cuando el anlisis haya terminado, los parmetros S y los campos mostrados convergern al mismo resultado. El progreso del refinamiento de la malla puede ser chequeado mirando la carpeta: /NT/ 1D Results/ Adaptive Meshing/. Esta carpeta contiene una curva la cual mostrar la mxima diferencia entre dos resultados de los parmetros S pertenecientes al subsiguiente paso. Esta curva puede ser mostrada seleccionando: /NT/ 1D Results/Adaptive Meshing/ Delta S/.

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Ya que la adaptacin de la malla solamente requiere dos pasos para este ejemplo, la curva del delta S consiste de un simple punto de dato. El resultado mostrado es la mxima diferencia de los parmetros S a partir de ambas simulaciones por debajo de 0.6% para un rango de frecuencia entero. La adaptacin de la malla parar automticamente cuando la diferencia este por debajo del 2%. Este lmite puede ser cambiado en la malla de refinamiento adaptativa Properties (accesible desde el interior de la ventana del solucionador).

Adicionalmente, la convergencia de los parmetros S resultantes puede ser visualizada seleccionando: /NT/ 1D Results/ Adaptive Meshing/ |S| linear/ S1/1 versus Passes/ and: /NT/ 1D Results/ Adaptive Meshing/ |S| linear/ S2/1 versus Passes/ respectivamente.

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Puede ser visto que el sistema experto basado en mallas provee un buena malla para esta estructura. La convergencia de los parmetros S muestra solo pequeas variaciones de los resultados obtenidos utilizando la malla generada por el sistema experto para la solucin convergente. La convergencia de los parmetros S muestra solamente pequeas variaciones a partir de los resultados obtenidos usando el sistema experto para la solucin convergente de la malla generada. Otro resultado del procedimiento adaptativo de mallas permite visualizar como vara la impedancia del puerto contra el nmero de pases adaptativos seleccionando: /NT/1D Results/Adaptive Meshing/Port Impedance/.Otros resultados a partir del procedimiento de mallas adaptativas permiten ser visualizadas como los puertos de impedancia

Este resultado muestra la mejora de los puertos de impedancia para una diferencia de menos de 0.45% para resultados analticos (50.58 Ohms).

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En la prctica se demuestra juicioso activar el refinamiento adaptativo de mallas con el objetivo de asegurar la convergencia de los resultados. (Este podra no ser necesariamente para estructuras con la cual usted ya esta familiarizado donde deber usar su experiencia para refinar las mallas automticamente.) 1.2.32 Analizar el campo electromagntico en varias frecuencias. A fin de entender el comportamiento de un dispositivo electromagntico, lo cual es a menudo til para adquirir una comprensin dentro del campo electromagntico de distribucin. En este ejemplo puede ser interesante para ver la diferencia entre los campos en frecuencia donde la transmisin es larga o pequea. Los campos pueden ser registrados a frecuencias arbitrarias durante una simulacin. Sin embargo, no es posible almacenar el patrn de campo en todas las frecuencias disponibles ya que este requiere un espacio en memoria grande. Se deber, por consiguiente, definir algunos puntos de frecuencia en la cual el solucionador grabar los campos durante el subsiguiente anlisis. Estos campos simples son llamados monitores. Los monitores pueden ser definidos en una ventana que se abrir despus de elegir: /Solve/ Field Monitors/ o desde el men principal. Esto se hace despus de seleccionar en la carpeta componente una forma.

Despus de seleccionar el tipo (Type) apropiado para el monitor se puede especificar la frecuencia en el campo Frequency . Presionando Apply para grabar mientras desaparece la ventana abierta oprimiendo OK. Todas las frecuencias son especificadas en GHz. Para este anlisis se debern adicionar los siguientes monitores:

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Todos los monitores definidos sern listados en la carpeta Monitors en el rbol de navegacin. Dentro de esta carpeta se puede seleccionar un monitor particular con el fin de mostrar los parmetros en la vista principal. Cuando la simulacin haya finalizado se puede visualizar el campo grabado eligiendo el objeto correspondiente del rbol de navegacin. El resultado de los monitores puede ser encontrado en la carpeta: /NT/ 2D, 3D Results/. Los resultados estn ordenados de acuerdo a su cantidad fsica (E-Field/ H-Field/ Currents/ Power flow). Nota: Dado que se pueden especificar los clculos de la matriz S completa, dos simulaciones seran generalmente requeridas. Para cada una de estas simulaciones, el campo ser grabado en los monitores y el resultado ser presentado en el rbol de navegacin, dando la simulacin correspondiente de los puertos entre parntesis. Sin embargo, en este ejemplo libre de prdidas la segunda simulacin no es necesaria y as se encontrar que los datos del monitor no estn disponibles. Se le puede aconsejar al solucionador realizar ambas simulaciones incluso si no estn necesariamente para calcular los parmetros S, desactivando la opcin Consider two port reciprocity under the Solver en la ventana especial del solucionador. Se pueden investigar las tres dimensiones del campo de distribucin elctrica, seleccionando: /NT/ 2D, 3D Results/ E-Field/ e-field(f=3)[1]/. La grafica deber verse similar a la foto debajo:

Se deber ahora jugar un poco con la opcin de visualizacin de varios campos. La superficie actual puede ser visualizada seleccionando: /NT/ 2D, 3D Results/ Surface Current/ h-field(f=3)[1]/. Se deber finalmente obtener una grfica similar a la mostrada debajo:

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Se puede ahora cambiar las opcin grfica en la ventana grfica: /Result/ Vector Plot /(o Plot Properties desde el contexto de men)/. Se puede obtener un campo de animacin presionando el botn Start localizado en: /Phase/Animation/ enmarcado en esta ventana. Aqu la fase del campo ser automticamente variable entre 0 y 360 grados. La animacin puede ser parada presionando el botn Stop. Despus dar click en la vista principal con el botn izquierdo del ratn, tambin se podr cambiar la fase gradualmente presionando el cursor izquierdo y derecho. A la frecuencia de 3 GHz se puede ver el flujo actual a travs de la estructura. Si se realizan entonces algunos pasos con otro monitor de campo magntico en 12.8 GHz, se puede ver que casi no se produce movimiento a lo largo de la curvatura de 90 grados del cable coaxial. Despus de obtener una rugosa vista de la distribucin del campo electromagntico en 3D, se puede inspeccionar el campo mucho ms detallado, analizando algunos cortes regionales cruzados a travs de la estructura. Para hacer esto se selecciona un campo magntico o elctrico (no superficies destinadas a esto) para visualizar y juntar los resultados: /3D Fields on 2D Plane/, Option On . De la misma forma las opciones grficas estn disponibles en 2D como se tiene ya usado para la visualizacin de los modos de puertos. Ya que el dato es derivado desde un resultado en 3D, se puede adicionalmente especificar la localizacin del plano en la cual los campos sern visualizados. Esto puede ser hecho con la opcin correspondiente: /Results/ Vector Plot/ or /Results/ Scalar Plot/ cambindole plano de corte situado en la parte superior de la ventana abierta. Debido al espacio limitado en este manual, no todas las opciones grficas pueden ser expuestas aqu. Sin embargo, la siguiente galera muestra algunas opciones.

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1.2.33 Parametrizacin del modelo y optimizacin de la estructura. Los pasos de arriba han demostrado como entrar y analizar una simple estructura. Sin embargo, la estructura ser usualmente analizada a fin de beneficiar su realizacin. Este procedimiento puede ser llamado diseo en contraste al anlisis hecho antes. Despus de recibir alguna informacin sobre como mejorar la estructura, se necesitarn cambiar los parmetros de la estructura. Esto podra ser realizado simplemente reinsertando la estructura, la cual desde luego, no es la mejor solucin. CST oferta una buena parte de opciones para describir paramtricamente la estructura con el fin de facilitar cambios en sus parmetros. La funcin de la lista de la historia, como se describi en captulos anteriores, es una opcin muy general, pero para cambiar parmetros simples hay una solucin fcil la cual ser descrita a continuacin. Asumamos que se quiere cambiar la longitud del stub del conductor interno del cable coaxial. El camino ms fcil para hacer esto es entrar el modo diseado seleccionando la carpeta componente en el rbol de navegacin. Se puede ahora seleccionar todos los puertos haciendo click sobre la carpeta Ports. Si se presiona entonces el botn derecho del ratn, se podr elegir Hide All Ports desde el contexto de men. La estructura deber verse como sigue:

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Ahora se selecciona el conductor interior:

Se puede elegir: /Edit/ Properties/ (o Properties desde el contexto de men) la cual abrir una lista mostrando la historia de las formas creadas.

Se selecciona el cilindro definido Define cylinder en la carpeta component1: long conductor desde el rbol de la historia. Ahora la forma correspondiente ser resaltada en la ventana principal.

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Despus se presiona el botn Edit en el rbol de la historia, una ventana aparecer mostrando los parmetros de esta forma.

En esta ventana se encontrar la longitud del cilindro (Wmin =-11) especificada durante la creacin de la forma. Se cambia este parmetro a un valor de -9 y se presiona OK. Dado que se est yendo a cambiar la estructura, los resultados calculados anteriormente no correspondern con la estructura actual. En tales casos la siguiente ventana aparecer:

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Aqu se puede especificar tanto como almacenar los viejos modelos juntos con los resultados en cache o un nuevo archivo, o solamente seguir adelante y borrar los resultados actuales. En este caso se deber aceptar simplemente el que aparece por defecto y presionar OK. Despus de pocos segundos la estructura grfica cambiar mostrando una nueva estructura con la longitud del stub diferente.

Se puede generalmente cambiar todos los parmetros de cualquier forma simplemente seleccionando la forma y editando sus propiedades. Esta estructura paramtrica modelada completamente, es una de las caractersticas ms estelares del CST. La definicin de la estructura paramtrica tambin trabaja si algunos objetos han sido construidos relativos a otros usando el sistema de coordenadas locales. En este caso, el programa tratar de identificar todas las caras seleccionadas de acuerdo a su topologa ms que a su posicin absoluta en el espacio. Los cambios en los parmetros ocasionalmente cambian la topologa de la estructura tambin, y de esta manera la estructura puede actualizar sus errores. En este caso la funcin de la lista de la historia ofrece una opcin muy poderosa para evadir estos problemas. Adems a la opcin de cambiar directamente los parmetros tambin se le pueden asignar variables a los parmetros de la estructura. Esto puede ser hecho adicionando una nueva variable a la lista de parmetros (Edit, Parameters):

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Nota: Algunos objetos de las ventanas puede ser desactivados si otra ventana de modificacin estructural es abierta. Por favor cerrar todas las otras ventanas antes de inicializar la modificacin de los parmetros fijados. Para adicionar parmetros a una nueva estructura, se debe dar doble click dentro del campo vaco Name y entrar el nombre del nuevo parmetro (aqu lenght). Despus, se especifica su valor actual en el campo correspondiente Value (aqu 11). Se puede tambin facilitar un texto en el campo Description, a fin de que se pueda recordar el contenido de los parmetros. Despus de definir este parmetro se debe acceder a la caja de dilogo de los parmetros para el largo conductor coaxial interno nuevamente y asignar la expresin -length al valor de Wmin. Despus presionar OK, la estructura ser regenerada y deber verse de la misma forma que originalmente fue registrada. Se puede ahora cambiar el valor de este parmetro cambindolo en el campo Value. Despus se presiona el botn Update, la estructura ser regenerada de acuerdo a los valores de los parmetros actuales. Se puede ahora verificar esos valores de los parmetros entre 7 y 11.5 dando algunos resultados prcticos. Dado que se tiene ahora exitosamente parametrizada la estructura, podra ser interesante ver como los parmetros S cambian cuando la longitud del conductor es modificada. La manera ms simple para obtener esta variacin de resultados, es usar la herramienta de barrido de parmetros la cual puede ser accedida desde el interior de la ventana del transient solver presionando el botn Par. Sweep. Esta llevar a la siguiente caja de dilogo:

En esta ventana se puede especificar el clculo tambin llamado sequences la cual consistir en la combinacin de varios parmetros. Para adicionar una secuencia se presiona el botn New seq. Despus se puede presionar el botn New par para adicionar una variacin de los parmetros a la secuencia:

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En la ventana resultante se deber seleccionar el nombre del parmetro a variar en el campo Name. Despus se especifica el lmite inferior (From) y el superior (To) para la variacin de parmetros despus de comprobar el objeto de barrido. Finalmente entre el nmero de pasos en el cual el parmetro deber ser variado en el campo Samples. En este ejemplo se deber realizar un barrido desde 10.0 a 11.5 GHz con 5 muestras (Samples). Despus de presionar el botn OK la ventana de parmetros de barrido se ver como sigue:

Por favor notar que se puede definir un nmero arbitrario de secuencias con cada uno de los nmeros ilimitados comprendidos de diferentes combinaciones de parmetros. En el prximo paso se debe especificar en qu resultados se est interesado, como resultado del barrido de parmetros. Por consiguiente se debe seleccionar S-Parameter desde Result Watch. Ahora una ventana se abrir en la cual se puede especificar un parmetro S para guardar:

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Primeramente se deber seleccionar la opcin de grabacin de magnitud de S1,1 en dB chequeando Mag. (dB ) en el campo Type y presionar el botn OK.

Se deber adicionar ahora otro watch para la magnitud de S2, 1 en dB como sigue:

1. 2. 3. 4.

Seleccionar S-Parameter desde el Result Watch en la ventana combo. Especificar Mag. (dB) en el campo Type. Seleccionar 2 en el campo de Output Port. Presionar OK.

Finalmente la ventana de barrido de parmetro deber verse como sigue:

Ahora se deber comenzar el barrido presionando el botn Start. Por favor notar que el barrido de parmetros utiliza valores previamente especificados en el solucionador. Si se cambia el solucionador fijado (ej para activar la opcin adaptive mesh refinement ), debe asegurarse que las modificaciones fijadas son almacenadas presionando el botn Apply en la ventana del solucionador. Despus que el solucionador haya terminado su trabajo se puede cerrar la ventana. El rbol de navegacin contendr ahora un nuevo objeto llamado Tables desde el cual se deber seleccionar primero: /Tables/ |S1,1| en dB/:

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Similarmente, se puede tambin graficar la magnitud del coeficiente de transmisin seleccionando Tables, |S2, 1| en dB.

Estp puede ser interesante para ver como la localizacin de la transicin mnima cambia en funcin del parmetro. Este y otros resultados especiales de datos pueden ser automticamente calculados usando Result Templates. Se debe abrir la ventana correspondiente eligiendo: /Results/ Template Based Postprocessing/:

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Como primer paso se debe cargar la transmisin de informacin de los parmetros S en la cadena de post procesamiento con el objetivo de luego derivar su ubicacin mnima. De esta manera se selecciona el paso de post procesamiento de los parmetros S de la lista de plantillas de resultados de Resultados 1D disponibles, con lo cual se abrir la siguiente caja de dilogo:

En esta ventana se deber especificar la escala a usar |S21| en dB (similar al fijado antes en el barrido). El nuevo paso de post procesamiento entonces ser listado en la siguiente caja de dilogo:

Basado en el ancho de banda de los datos de los parmetros S se puede ahora extraer la localizacin del mnimo, el cual es un punto simple de dato (o 0D Result). Por consiguiente, se debe cambiar de la pgina de 0D Results y seleccionar 0D Value de la lista de palntillas de 0D Results disponible. Esta ventana se abrir de Nuevo donde se puede especificar detalles acerca del paso de post procesamiento:

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El nico dato disponible en 1D es |S21| en dB, as no se tiene que elegir en la lista 1D Result. Dado que se quiere conocer la localizacin de la curva (y-) mnima, se deber elegir x en y-Minimum como el resultado deseado desde la lista Select 0D Result. Presionando el botn OK entonces finalmente se completar la definicin de la concatenacin especfica del post procesamiento en este simple ejemplo. Despus de que cualquier solucionador corra el programa, estas operaciones de post procesamiento, automticamente sern trasladadas fuera y el resultado de cada uno de estos pasos ser guardado en una tabla. Se debe repetir todo el barrido ahora. Por supuesto, los pasos adicionales del post procesamiento podran tambin haber estado definidos antes de haber comenzado el primer barrido, pero por razones didcticas se decidi separar esta tarea en dos pasos. En cuanto el solucionador finalice el barrido, se puede acceder la informacin de la plantilla de resultados desde la carpeta: /Tables/ 0D Results/ S21dB_x/ en el rbol de navegacin:

Esta curva ilustra claramente como la localizacin (= frecuencia) del mnimo de transicin cambia en funcin del parmetro geomtrico. Debido a la limitada extensin de este manual, se puede solamente dar una breve introduccin a este poderoso aspecto.

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Se asume en este momento que se desea que el mnimo de transmisin de S2, 1 sea de 13 Ghz (el cual puede ser archivado dentro del rango de parmetros de 10 a 11 de acuerdo a la curva de la figura anterior. A travs de mediciones de la curva (se activa la herramienta de marcar los ejes), eligiendo: /Results/ 1D Plot Options/ Axis Marker/, se pueden chequear los valores de los parmetros deseados, deber ser alrededor de 10.94. Sin embargo, figurando fuera los valores exactos de los parmetros podra ser una tarea extensa, la cual puede ser realizada automticamente. Antes de continuar optimizando esta estructura usted deber fijar la longitud del parmetro para un valor de rango vlido (ej 10.5) y actualizar la estructura. (ntese que se tiene que entrar el modo modelado (ej click en el objeto Components) antes se pueden modificar los parmetros. Para usar el optimizador, solamente se necesita abrir la ventana del transient solver como antes. En esta ventana se deber presionar el botn Optimize, el cual entonces abrir una ventana de control de optimizacin:

Primeramente se deben chequear los parmetros deseados para la optimizacin en la etiqueta Parameters de la ventana de optimizacin (ah la longitud length del parmetro debe ser chequeada). El prximo paso es para especificar los valores mnimo y mximo para este parmetro durante la optimizacin. Aqu se deber entrar un parmetro de rango entre 10 y 11. Para este simple ejemplo los otros valores pueden ser reservados por defecto. El prximo paso es para especificar la optimizacin propuesta. Por lo tanto se deber hacer click sobre la etiqueta Goals.

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Ahora se puede especificar una lista de objetivos para archivar durante la optimizacin. En este ejemplo el objetivo es mover el mnimo S2,1, de los parmetros S a una frecuencia dada. Por consiguiente se deber definir el parmetro S propuesto, seleccionando desde la lista que aparecer si se hace click sobre Add new goal. Una vez que se tenga seleccionado el objetivo correcto, la siguiente ventana deber aparecer:

Aqu primeramente se deber seleccionar la magnitud del parmetro S en dB para optimizar haciendo click en Mag. ( dB ) en el campo Type. El prximo paso es para especificar cual de los parmetros S deber ser optimizado. Se deber ahora seleccionar: /S2,1/, fijando Port = 2, Mode = 1 en el cuadro Output y Port = 1, Mode = 1 en el cuadro Input. El prximo paso es para especificar el objetivo actual para los datos de los parmetros S especificados previamente. Dado que se quiere mover el mnimo de S2,1 en este ejemplo, se deber seleccionar el move min en el cuadro operador conditions. Despus, fijar en Frecuency el valor (13GHz). Si existe ms de un mnimo en los datos de los parmetros S se puede limitar el rango de frecuencia para buscar l mnimo en el cuadro

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de Frecuency Range. En este ejemplo se puede solamente saltar estas entradas de valores aceptarlos por defecto. Despus finalmente, presione OK, la ventana de optimizacin deber verse como sigue:

Dado que ahora se tiene especificada la optimizacin de los parmetros y objetivos, el prximo paso es inicializar el procedimiento de la optimizacin presionando el botn Start. El optimizador mostrar el progreso de la optimizacin en una ventana de salida en la etiqueta de Info la cual ser activada automticamente. Cuando la optimizacin haya finalizado, se deber confirmar salvando el nuevo parmetro fijado. La ventana de salida del optimizador mostrar el mejor parmetro fijado con respecto al objetivo dado.

Ntese que debido a la compleja optimizacin tecnolgica 5 transient solver fueron requeridos para encontrar la ptima solucin para una alta precisin. Se pueden ahora visualizar los parmetros S para el parmetro ptimo fijado (length=10.9443) y deber obtener la siguiente figura (se puede activar el axis marker tool eligiendo: /Results/ 1D Plot Options/ Axis Marker/, para verificar que la localizacin del pico est en 13GHz).

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Ntese que en lugar de definir un objetivo move min para la optimizacin se podra haber elegido tambin el valor optimizado definido anteriormente S2 , 1 dBx en result template para ser igualado a la deseada frecuencia de resonancia de 13GHz. 1.2.34 Criterios a la hora de escoger el solucionador. Desde la visualizacin del solucionador transient en el ejemplo anterior, se debe aclarar cual solucionador es mejor en cada aplicacin especfica. El solucionador transient es muy general y puede solucionar la mayora de los problemas de campos electromagnticos. Sin embargo, para algunas aplicaciones, los solucionadores especializados darn una simulacin mucho mejor manteniendo el mismo nivel elevado de precisin. La tabla del anexo A lista varias aplicaciones tpicas junto con los solucionadores que son ms frecuentes utilizar para ese problema en particular. Ntese que por el gran nmero de aplicaciones no todos los ejemplos pueden ser tenidos en cuenta en esta tabla. La diferencia entre un puerto conduciendo el anlisis (Transient, dominio de frecuencia y anlisis modal) y un clculo tpico en modo propio es muy obvio. La diferencia entre transient, dominio de frecuencia y anlisis modal es desafortunadamente un poco ms difcil de comprender. Un anlisis transient es usualmente muy rpido, porque aplicando la excitacin de la seal en una banda ancha, la respuesta de todo el ancho de banda de una estructura puede ser analizada en una sola corrida de clculo. Por lo tanto las seales en el tiempo son transformadas al dominio de frecuencia aplicando una Transformacin Discreta de Fourier. As que la transformacin de dominio de tiempo a dominio de frecuencia requiere que las seales en el tiempo estn lo suficientemente pegadas a cero en su final. Sin embargo, si la estructura tiene algunas resonancias repentinas, la energa del campo pude decaer muy lentamente dentro del dispositivo despus de la excitacin haberse desvanecido. Este comportamiento llevar a tiempos de clculo muy extensos en ele anlisis transient hasta que la seal est suficientemente pegada a cero.

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Par las ltimas estructuras, el comportamiento del dispositivo e